EP3661717B1 - Verfahren zur erzeugung einer strukturierten narbung auf der oberfläche eines mit einem textilen flächengebilde endlosfaserverstärkten thermoplasten - Google Patents

Verfahren zur erzeugung einer strukturierten narbung auf der oberfläche eines mit einem textilen flächengebilde endlosfaserverstärkten thermoplasten Download PDF

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EP3661717B1
EP3661717B1 EP18739571.0A EP18739571A EP3661717B1 EP 3661717 B1 EP3661717 B1 EP 3661717B1 EP 18739571 A EP18739571 A EP 18739571A EP 3661717 B1 EP3661717 B1 EP 3661717B1
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EP
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thermoplastic
fiber
polyamide
mixture
fiber material
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Ulrich Schneider
Reinhard Jakobi
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BASF SE
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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a structured grain on the surface of a thermoplastic reinforced with a textile sheet, in which a mixture of at least one fiber material and at least one thermoplastic is heated and pressed in a tool to a temperature above the softening temperature of the thermoplastic, a structured grain is applied to the inside of the tool.
  • the at least one fiber material contains continuous fibers and is in the form of a regularly arranged flat textile structure.
  • the structured grain on the inside of the tool and the textile fabric are aligned with one another in such a way that the textile fabric and the structured grain overlap on the inside of the tool during pressing, whereby the regularly arranged structured grain is applied to the inside of the tool, that it produces a structured grain on the visible side of the continuous fiber-reinforced thermoplastic, and the structured grain in the tool is produced by etching, laser structuring, sandblasting, form milling or eroding, whereby the inside of the tool has a surface with depressions and / or elevations.
  • the mixture of the at least one fiber material and the at least one thermoplastic is cooled in the tool to a temperature below the softening temperature of the thermoplastic, forming the structured grain on the surface of the thermoplastic.
  • Another subject matter of the present invention is a thermoplastic, which is reinforced with a textile sheet material and has a structured grain on the surface, which is obtained by the method according to the invention.
  • thermoplastics are of particular interest for lightweight construction applications in the aerospace industry or in the automotive sector due to their high energy absorption and specific rigidity and strength at a comparatively low weight, their good formability and shelf life.
  • the strength and rigidity are mainly determined by the type and arrangement of the supporting fiber material.
  • the thermoplastic serves as a supporting matrix for the fiber material and protects the fiber material from external physical and chemical influences.
  • thermoplastics As a rule, surfaces of fiber-reinforced thermoplastics also show a fiber penetration, which results from the uneven distribution of fiber material and thermoplastic material. Due to the higher shrinkage of the thermoplastic material compared to the fiber material during cooling, further surface defects also arise.
  • JP 2010 253714 relates to a method of forming a sheet-like fiber reinforced plastic material into a wave shape or other uneven shape.
  • the molding is done by applying a thermoplastic material to the top and bottom of the sheet-like fiber-reinforced plastic material and then heating and finally molding the entire composite material.
  • Woven structures for example, can be used as the fiber material.
  • US 2014/0186584 relates to a method for producing a composite material from a reinforcing fiber and a thermoplastic with a good surface appearance.
  • the composite material contains reinforcing fibers with a length in the range from 5 mm to 10 mm.
  • a plate is heated above the melting point or the glass transition temperature and then embossed with a tool whose temperature is below the melting temperature or the glass transition temperature.
  • DE 100 54 490 relates to a method for producing a fiber-reinforced plastic component with a high degree of gloss.
  • a film is applied to a plastic material provided with fibers.
  • a tool is used to apply webs or elevations to the film, between which there are valleys, so that a grain is formed on the visible component surface, but this grain cannot be seen with the naked eye and gives a smooth impression.
  • the plastic film is first inserted into the tool and then the tool is closed.
  • the fiber-reinforced plastic material is then introduced into the tool cavity, which then bonds to the plastic film.
  • the object of the present invention is therefore to provide an improved method which circumvents the disadvantages described in the prior art.
  • a structured grain can be applied to the surface of thermoplastics reinforced with a textile sheet, which gives the impression of a higher quality surface finish, since unevenness on the surface is no longer perceptible due to the structured grain.
  • the structured graining of the surface of the continuous fiber-reinforced thermoplastics can also be carried out in a simple manner and makes the use of other surface treatments no longer absolutely necessary. Defects on the surface of the continuous fiber-reinforced thermoplastic can be effectively concealed due to the structured grain in order to significantly improve the appearance of the continuous fiber-reinforced thermoplastic.
  • structured graining is understood to mean structuring patterns, that is to say regularly arranged structured depressions and / or elevations, on a surface.
  • a structuring pattern is made up of at least one structural unit.
  • a “structural unit” is understood to mean the smallest unit in a structuring pattern.
  • a structural unit usually contains a defined number of indentations and / or elevations of any desired type Geometry that are regularly arranged in themselves or in relation to further structural units in the structuring pattern.
  • Such a structural unit can contain, for example, checks, diamonds, rectangles, squares or lines. If necessary, structural units can alternate or be combined with one another. So patterns are conceivable that are made up of several different lines of different thickness (width) and / or depth.
  • the term “regularly arranged” is understood to mean units which recur at fixed intervals and which are preferably arranged according to a specific pattern. These units can be structural units in the structured grain or repeating units in textile fabrics.
  • the distances between the individual structural units of a structured depression on a surface can assume any values (sizes), for example 300 ⁇ m.
  • the distance between the individual structural units of the structured depressions is preferably a maximum of 1200 ⁇ m (average value over the entire pattern), in particular the distance is 50 to 1200 ⁇ m.
  • the width of a structural unit for example the diameter of a point (in the case of a point-like structure) or the width of a line (in the case of a linear or lattice-shaped structure) can be any, preferably in the range from 60 to 800 ⁇ m, more preferably 70 to 600 ⁇ m, in particular 80 to 400 ⁇ m.
  • the depressions as such can assume any values (sizes). It is thus conceivable that the same structural units / patterns are contained in partial areas of a surface, but differ in terms of their depth.
  • the depressions are (as an average value) as a rule no larger (deeper) than 25% of the thickness of the fiber-reinforced thermoplastic, although this value can also be somewhat higher.
  • step a) of the method according to the invention a mixture of at least one fiber material and at least one thermoplastic is heated to a temperature above the softening temperature of the thermoplastic, the at least one fiber material containing continuous fibers and being in the form of a regularly arranged textile fabric.
  • the mixture of the at least one fiber material and the at least one thermoplastic can in principle be in any form that appears appropriate to the person skilled in the art.
  • the mixture of the at least one fiber material and the at least one thermoplastic is usually a fiber composite material in which the at least one fiber material is in the form of continuous fibers and the at least one thermoplastic as a polymer matrix surrounds the at least one fiber material.
  • Corresponding (endless) fiber composite materials are generally known to the person skilled in the art.
  • thermoplastic reinforced with continuous fibers and “thermoplastic reinforced with endless fibers” are used synonymously.
  • the mixture of the at least one fiber material and the at least one thermoplastic is preferably in the form of a semi-finished product.
  • a semi-finished product is understood to be a sheet-like starting material for thermoforming processes which contains a core made of a textile sheet-like structure.
  • the semi-finished product is preferably in the form of extruded films, profiles or plates, particularly preferably as a plate-shaped semi-finished product.
  • the surface of such a semi-finished product should be largely flat, but it is also possible, depending on the area of application, for the surface to be curved.
  • the semi-finished product preferably has a thickness in the range from 0.1 to 50 mm, more preferably in the range from 0.5 to 25 mm and particularly preferably in the range from 1 to 4 mm.
  • the term “at least one fiber material” is understood to mean precisely one fiber material as well as a mixture of two or more different fiber materials. According to the invention, in principle all fiber materials known to the person skilled in the art can be used as fiber material.
  • the at least one fiber material contains continuous fibers.
  • continuous fiber and “filament” are used synonymously in the context of the present invention.
  • continuous fiber is understood to mean those fibers which, in the mixture of the at least one fiber material and the at least one thermoplastic, are not interrupted in terms of their length.
  • the at least one fiber material preferably contains at least 50% by weight, more preferably at least 75% by weight, even more preferably at least 85% by weight, particularly preferably at least 98% by weight and very particularly preferably 100% by weight, each based on the total weight of the at least one fiber material, continuous fibers.
  • the at least one fiber material preferably contains glass fibers, natural fibers, plastic fibers, aramid fibers, carbon fibers, metal fibers, for example steel fibers or copper fibers, mineral fibers, for example basalt fibers, boron fibers, potassium titanate fibers, or combinations thereof. Glass fibers or carbon fibers are particularly preferred.
  • the at least one fiber material preferably has a fiber diameter in the range from 1 to 100 ⁇ m, more preferably in the range from 5 to 50 ⁇ m and particularly preferably in the range from 7 to 30 ⁇ m.
  • the at least one fiber material is in the form of a regularly arranged flat textile structure.
  • a flat textile structure is understood to mean, for example, flat goods which are produced from textile goods such as fibers or threads.
  • Regularly arranged flat textile structures have recurring units at fixed intervals, which are preferably arranged according to a specific pattern.
  • Corresponding textile fabrics are known in principle to the person skilled in the art.
  • Regularly arranged flat textile structures are usually characterized by an oriented structure in which the at least one fiber material is oriented in a defined number of directions of orientation.
  • regularly arranged flat textile structures do not have any random and disorderly distributed fibers, as is the case, for example, in fleece or felt.
  • the regularly arranged flat textile structure is preferably a fiber fabric, fiber scrim, fiber knitted fabric, fiber knitted fabric or fiber braid or is in the form of a unidirectional or bidirectional fiber structure made of parallel fibers.
  • the textile fabric is particularly preferably a fiber fabric or a fiber scrim, very particularly preferably a fiber fabric.
  • any fiber fabric can be used as the fiber fabric.
  • Preferred types of fabric include a plain weave, twill weave or satin weave. More preferably, fiber fabrics in twill weave are used.
  • the at least one fiber material preferably has a fineness in the range from 100 to 10,000 tex, more preferably in the range from 400 to 5,000 tex and particularly preferably in the range from 800 to 2,000 tex.
  • the at least one fiber material preferably has a structure density in the range from 1 to 10 rovings / cm, more preferably in the range from 1.5 to 5 rovings / cm and very particularly preferably in the range from 2 to 4 rovings / cm.
  • the at least one fiber material can be composed of one or more layers of flat textile structures.
  • the at least one fiber material is preferably composed of at least one and at most 30 layers, more preferably at least two Layers and a maximum of 10 layers, particularly preferably at least two layers and a maximum of five layers of textile fabrics.
  • the individual layers are preferably constructed bidirectionally and each rotated through an angle of 90 ° with respect to one another.
  • the individual layers rotated by an angle of 60 ° to one another and, in the case of four layers or multiples of four layers, rotated by an angle of 45 ° to one another.
  • Layers can also be rotated with respect to one another, the number of layers with fibers having the same orientation in each of the orientations of the fibers can be different, for example four layers in a first direction and one layer in a direction rotated by 90 ° (bidirectional Structure with preferred direction).
  • a quasi-isotropic structure is known in which the fibers of a second layer are arranged rotated by 90 ° to the fibers of a first layer and furthermore fibers of a third layer are arranged rotated by 45 ° to the fibers of the second layer.
  • Each layer of the at least one fiber material preferably has a weight per unit area in the range from 100 to 1000 g / m 2 , more preferably in the range from 200 to 800 g / m 2 and very particularly preferably in the range from 500 to 700 g / m 2 .
  • the textile fabric has a fineness in the range from 800 to 2,000 tex and a structure density in the range from 2 to 4 rovings / cm and each layer of the textile fabric has a basis weight in the range from 500 to 700 g / m 2 on.
  • the textile fabric is a fiber fabric made of glass fibers with a fiber diameter in the range from 10 to 30 ⁇ m, which is in a twill weave 2/2, a fineness in the range from 800 to 2,000 tex and a structure density in the range of 2 to 4 rovings / cm and each layer of the textile fabric has a weight per unit area in the range from 500 to 700 g / m 2 .
  • the mixture of the at least one fiber material and the at least one thermoplastic preferably contains at least 20% by volume, particularly preferably at least 45% by volume, of the at least one fiber material, based on the total volume of the mixture.
  • the mixture of the at least one fiber material and the at least one thermoplastic also contains at most 80% by volume, preferably at most 60% by volume, of the at least one fiber material, based on the total volume of the mixture.
  • the mixture of the at least one fiber material and the at least one thermoplastic contains 20 to 80% by volume, preferably 45 to 60% by volume of the at least one fiber material, based on the total volume of the mixture, the total volume of the mixture always results in 100% by volume.
  • the mixture also contains at least one thermoplastic.
  • at least one thermoplastic is understood to mean precisely one thermoplastic as well as a mixture of two or more different thermoplastics. According to the invention, in principle any thermoplastic known to the person skilled in the art can be used as the thermoplastic.
  • thermoplastic is understood to mean the following.
  • Thermoplastics are polymeric plastics that can be (thermoplastically) deformed within a certain temperature range. In principle, this process is reversible, i.e. it can be repeated several times by cooling and reheating until it reaches the molten state.
  • the at least one thermoplastic is preferably a temperature-stable thermoplastic with a softening temperature greater than 100.degree.
  • the at least one thermoplastic is preferably selected from polyolefins, polyvinyl polymers, styrene polymers, styrene-acrylonitrile copolymers, acrylonitrile-butadiene-styrenes (ABS), polymers of (meth) acrylic acid, polyacrylates, polymethyl methacrylates, polyacrylamides, polycarbonates, polyalkylene oxides, polyphenylene ethers, Polyphenylene sulfides, polyether sulfones, polyether ketones, polyimides, polyquinoxalines, polyquinolines, polybenzimidazoles, polyamides, polyesters, polyurethanes, polyisocyanates, polyols, polyether polyols, polyester polyols or mixtures thereof.
  • ABS acrylonitrile-butadiene-styrenes
  • Suitable polyolefins include, for example, polyethylene (PE), polypropylene (PP) or polybutylene (PB) and halogenated polyolefins such as polytetrafluoroethylene.
  • Polyvinyl polymers which are suitable for the process according to the invention include, for example, polyvinyl halides, polyvinyl acetates, polyvinyl ethers, polyvinyl alcohols, polyvinyl lactams or polyvinyl amines.
  • suitable polyacrylates are polymers of the alkyl esters, alkali and alkaline earth metals of acrylic acid and methacrylic acid.
  • Polyalkylene oxides include, for example, polyoxymethylene (POM) or polyethylene glycols (PEG), Suitable polyamides include, for example, polyamide 4.6, polyamide 6, polyamide 6.6, polyamide 6.10, polyamide 6.12, polyamide 10.10, polyamide 11, polyamide 12, polyamide 12.12, polyamide 13.13, polyamide 66, polyamide 6.T, polyamide 9.T, polyamide MXD.6 , Polyamide 6 / 6.6, polyamide 6 / 6.T, polyamide 6.I / 6.T, polyamide 6 / 6.6 / 6.10 or mixtures thereof.
  • POM polyoxymethylene
  • PEG polyethylene glycols
  • Polyesters which are suitable for the process according to the invention include, for example, aliphatic polyesters and aromatic polyesters such as polyethylene terephthalate (PET) or polybutylene terephthalate (PBT).
  • PET polyethylene terephthalate
  • PBT polybutylene terephthalate
  • the at least one thermoplastic is particularly preferably selected from polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyoxymethylene (POM), polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS), polyamide 4.6, polyamide 6, polyamide 6.6, polyamide 6.10, polyamide 6.12, polyamide 10.10, polyamide 11, polyamide 12, polyamide 12.12, polyamide 13.13, polyamide 66, polyamide 6.T, polyamide 9.T, polyamide MXD.6, polyamide 6 / 6.6, polyamide 6/6. T, polyamide 6.I / 6.T, polyamide 6 / 6.6 / 6.10 or mixtures thereof.
  • PE polyethylene
  • PP polypropylene
  • POM polyoxymethylene
  • PET polyethylene terephthalate
  • PBT polybutylene terephthalate
  • ABS acrylonitrile-butadiene-styrene
  • the at least one thermoplastic is very particularly preferably selected from polyamide 4.6, polyamide 6, polyamide 6.6, polyamide 6.10, polyamide 6.12, polyamide 10.10, polyamide 11, polyamide 12, polyamide 12.12, polyamide 13.13, polyamide 66, polyamide 6.T, polyamide 9. T, polyamide MXD.6, polyamide 6 / 6.6, polyamide 6 / 6.T, polyamide 6.I / 6.T, polyamide 6 / 6.6 / 6.10 or mixtures thereof.
  • the mixture of the at least one fiber material and the at least one thermoplastic preferably contains at least 20% by volume, particularly preferably at least 40% by volume, of the at least one thermoplastic, based on the total volume of the mixture.
  • the mixture of the at least one fiber material and the at least one thermoplastic also contains at most 80% by volume, preferably at most 55% by volume, of the at least one thermoplastic, based on the total volume of the mixture.
  • the mixture of the at least one fiber material and the at least one thermoplastic contains 20 to 80% by volume, preferably 45 to 55% by volume of the at least one thermoplastic, based on the total volume of the mixture, the total volume of the mixture always results in 100% by volume.
  • the mixture of the at least one fiber material and the at least one thermoplastic can additionally contain additives.
  • all embodiments in which reference is made to a mixture of the at least one fiber material and the at least one thermoplastic also include mixtures which, in addition to the at least one fiber material and the at least one thermoplastic, also contain additives.
  • Suitable additives include, for example, stabilizers, lubricants, nucleating agents, dyes, hardeners, plasticizers, blends with other polymers or any other additives known to the person skilled in the art.
  • Suitable stabilizers include, for example, sterically hindered phenols, secondary aromatic amines, hydroquinones, resorcinols, vitamin E or compounds structurally similar thereto, copper (I) halides, nickel-containing free radical scavengers, triazines, benzoxazinones, benzotriazoles, benzophenones, benzoates, formamidines, propenoates, aromatic propanediones , Benzimidazoles, cycloaliphatic ketones, formanilides, cyanoacrylates, benzopyranones or salicylates.
  • copper (I) halides copper (I) halides, nickel-containing free radical scavengers, triazines, benzoxazinones, benzotriazoles, benzophenones, benzoates, formamidines, propenoates, aromatic propanediones , Benzimidazoles, cycloaliphatic ketones, formanilides, cyanoacrylates
  • Lubricants include, for example, stearic acids, stearyl alcohols, stearyl esters, ethylene bis (stearamide) (EBS), higher fatty acids and their derivatives and fatty acid mixtures with fatty acids which have 12 to 30 carbon atoms, silicone oils, oligomeric isobutylene or similar compounds.
  • EBS ethylene bis (stearamide)
  • Suitable nucleating agents include, for example, sodium phenylphosphinates, aluminum oxides, silicon oxides, nylon-2.2 and talc.
  • Organic dyes such as nigrosine or pigments such as ultramarine blue, phthalocyanines, titanium dioxide, cadmium sulfides, cadmium selenides, pigment black or derivatives of perylenetetracarboxylic acid can be used as dyes.
  • Plasticizers include, for example, dioctyl phthalates, dibenzyl phthalates, butylbenzyl phthalates, N- (n-butyl) -benzylsulfonamides, ortho- and para-tolylethylsulfonamides or oils containing hydrocarbons.
  • the proportion of the at least one additive in the mixture of the at least one fiber material and the at least one thermoplastic is preferably 0 to 10% by volume, particularly preferably 0 to 5% by volume, based on the total volume of the mixture.
  • the mixture of the at least one fiber material and the at least one thermoplastic can in principle be produced in any manner using methods known to the person skilled in the art.
  • the fiber material can be impregnated with the at least one thermoplastic in order to produce the mixture of the at least one fiber material and the at least one thermoplastic.
  • the fiber material can also be impregnated with monomers to produce the at least one thermoplastic and the monomers are then polymerized, for example by heating, in order to produce the mixture of the at least one fiber material and the at least one thermoplastic.
  • monomers for producing the at least one thermoplastic are known in principle to the person skilled in the art.
  • thermoplastic examples include, for example, powder impregnation, laminating the at least one fiber material with thermoplastic films or mixing the at least one fiber material with it Thermoplastic fibers and subsequent melting and pressing of the polymer films or the thermoplastic fibers.
  • step a) the mixture of the at least one fiber material and the at least one thermoplastic is heated to a temperature above the softening temperature of the at least one thermoplastic.
  • the "softening temperature” is understood to mean the temperature or the temperature range at which amorphous or (partially) crystalline thermoplastics change from a vitreous or hard-elastic state to a molten or rubber-elastic state. This transition is associated with a reduction in the hardness of the corresponding substances.
  • the softening temperature corresponds to the melting point or melting range of the thermoplastic.
  • the softening temperature corresponds to the glass transition temperature or the glass transition range of the amorphous thermoplastics.
  • the mixture of the at least one fiber material and the at least one thermoplastic can be heated in any manner known to the person skilled in the art.
  • the mixture of the at least one fiber material and the at least one thermoplastic can preferably be heated to a temperature above the softening temperature of the thermoplastic in the same tool in which step b) of the process according to the invention is also carried out.
  • the mixture of the at least one fiber material and the at least one thermoplastic can also first be heated in a separate device to a temperature above the softening temperature of the thermoplastic and then the heated mixture is transferred to the tool for pressing according to step b).
  • step b) of the invention Method is carried out, wherein the mixture in the tool is heated to a temperature above the softening temperature of the at least one thermoplastic.
  • the heating is preferably carried out in an oven, particularly preferably in a convection oven, or by means of infrared radiation.
  • the mixture of the at least one fiber material and the at least one thermoplastic is preferably heated in step a) to a temperature which is at least 5 ° C, more preferably at least 10 ° C and particularly preferably at least 15 ° C above the softening temperature of the at least one thermoplastic .
  • the mixture of the at least one fiber material and the at least one thermoplastic is preferably heated in process step a) to a temperature above the softening temperature of the thermoplastic the highest softening temperature.
  • the mixture of the at least one fiber material and the at least one thermoplastic is preferably at a temperature in the range from 100 ° to 450 ° C, more preferably in the range from 120 ° to 400 ° C and particularly preferably in the range from 140 ° to 350 ° C heated.
  • step b) the mixture heated in step a) is pressed in a tool, with a regularly arranged structured grain being applied to the inside of the tool.
  • the tool used in the method according to the present invention is known as such to the person skilled in the art. It is preferably a combined press and injection molding tool in which, for example, it can be deformed (pressed), heated and injected (for example with a polyamide).
  • the tool can have both cavities for receiving the mixture of the at least one fiber material and the at least one thermoplastic, as well as cavities for receiving an injection-molded polymer.
  • Such a tool preferably has a plurality of such cavities.
  • the geometry of the continuous fiber-reinforced thermoplastic is changed by the action of pressure, for example by complete or at least partial bending.
  • the geometry of the continuous fiber-reinforced thermoplastic resulting from step b) is determined by the shape of the tool.
  • the pressing in step b) is preferably carried out at a pressure of at least 3 bar absolute, more preferably at least 5 bar absolute and particularly preferably at least 10 bar absolute.
  • step b) is carried out at a pressure in the range from 3 to 50 bar absolute, more preferably between 5 and 30 bar absolute and particularly preferably between 10 and 25 bar absolute.
  • the temperature in step b) is preferably in a range between 100.degree. C. and 450.degree. C., preferably between 120.degree. C. and 400.degree. C. and particularly preferably between 140.degree. C. and 350.degree.
  • the temperature of the mixture of the at least one fiber material and the at least one thermoplastic can rise further.
  • the pressing in step b) is preferably carried out at the same temperature as in step a).
  • the pressing in step b) represents the actual production step for the production of the structured graining on the surface of the continuous fiber-reinforced thermoplastic.
  • the thickness of the continuous fiber-reinforced thermoplastic is preferably in a range of 0.1 mm to 10 mm, more preferably from 0.5 mm to 3 mm, or step b) is followed by a further step in which the thickness of the finished part is set to a range from 0.5 to 10 mm, more preferably 0.5 mm to 3 mm, by pressing.
  • the tool used in the method according to the invention has a regularly arranged structured grain on the inside.
  • the structured grain is applied to the inside of the tool wall, whereby the shape of the structured grain of the inside of the tool is molded by pressing onto the surface of the continuous fiber-reinforced thermoplastic, preferably the shape of the structured grain is completely on the surface of the continuous fiber reinforced with the textile fabric Molded thermoplastics.
  • the structured graining on the inside of the tool is structured by depressions and / or elevations in such a way that an impression on the surface of the continuous fiber-reinforced thermoplastic is made possible. If, for example, the surface of the continuous fiber-reinforced thermoplastic is to have a circular depression, the inside of the tool must have an analogous structured grain as an elevation and vice versa.
  • the structured grain can in principle be applied to the inside of the tool by any method.
  • the structured grain is produced in the tool by etching, laser structuring, sandblasting, shape milling or eroding, whereby the inside of the tool has a surface with depressions and / or elevations.
  • the structured graining on the inside of the tool preferably produces a structured graining in the form of a structuring pattern that is made up of at least one structural unit on the surface of the thermoplastic reinforced with the textile sheet.
  • any structuring pattern can be created on the surface of the continuous fiber-reinforced thermoplastic through the structured graining on the inside of the tool.
  • the regularly arranged structured grain is applied to the inside of the tool in such a way that a structured grain is created on the visible side of the continuous fiber-reinforced thermoplastic.
  • the regularly arranged structured grain on the inside of the tool and the textile fabric in the tool in step b) are aligned with one another in such a way that the regularly arranged textile fabric and the regularly arranged structured grain overlap on the inside of the tool.
  • the regularly arranged flat textile structure and the regularly arranged structured graining on the inside of the tool are thereby preferably completely superimposed.
  • the regularly arranged structured grain on the inside of the tool and the textile fabric in step b) are preferably aligned with one another in such a way that the desired structured grain is on the surface of the continuous fiber-reinforced thermoplastic on its visible side. It is therefore not absolutely necessary to superimpose the textile fabric and the structured grain on the inside of the tool in areas of the continuous fiber-reinforced thermoplastic that are not in the visible area during later use, for example as components in vehicles.
  • the surface of the continuous fiber-reinforced thermoplastic usually has unevenness in the form of elevations and depressions due to the textile fabric, which are intended to be concealed by the structured grain on the surface of the continuous fiber-reinforced thermoplastic.
  • the regularly arranged structured graining on the inside of the tool and the textile fabric in the tool in step b) are therefore preferably aligned with one another in such a way that the structured graining on the inside of the tool overlays the unevenness on the surface of the continuous fiber-reinforced thermoplastic as completely as possible.
  • elevations and / or depressions are molded onto the surface of the continuous fiber-reinforced thermoplastic in step b).
  • step c) the mixture pressed in step b) is cooled in the tool to a temperature below the softening temperature of the thermoplastic, forming the structured grain on the surface of the thermoplastic reinforced with the textile sheet.
  • step c) can be carried out by any methods known to the person skilled in the art.
  • the cooling can take place by means of internal cooling within the tool or the mixture pressed in step b) is slowly cooled by not heating the tool to temperatures above the softening temperature of the thermoplastic.
  • step c) the continuous fiber-reinforced thermoplastic is preferably completely cured, but if necessary an only partially cured continuous fiber-reinforced thermoplastic can be removed from the tool after pressing.
  • the person skilled in the art is also familiar with the removal of the continuous fiber-reinforced thermoplastic from the tool under the name "demolding".
  • the temperature of the tool during demolding can in principle assume any values, provided that the temperature is below the softening temperature of the continuous fiber-reinforced thermoplastic.
  • the mixture pressed in step b) is preferably cooled in the tool to a temperature which is at least 5 ° C., more preferably at least 10 ° C. and particularly preferably at least 15 ° C. below the softening temperature of the at least one thermoplastic.
  • the mixture of the at least one fiber material and the at least one thermoplastic is preferably cooled in process step a) to a temperature below the softening temperature of the thermoplastic the lowest softening temperature.
  • the mixture pressed in step b) is preferably heated to a temperature in the range from -20 ° to 40 ° C, more preferably in the range from 0 ° to 35 ° C and particularly preferably in the range from 10 ° to 30 ° C.
  • the structured grain on the surface of the continuous fiber-reinforced thermoplastic is preferably made up of repetitive and regularly arranged structural units, which can be arranged differently as required.
  • the structured grain according to the invention on the surface of the continuous fiber-reinforced thermoplastic is preferably in particular not an irregularly arranged grain, as is the case, for example, with a leather grain.
  • the structuring pattern of the structured grain on the surface of the continuous fiber-reinforced thermoplastic can contain structural units which in principle can have any number of elevations and / or depressions.
  • the structuring pattern of the structured grain on the surface of the continuous fiber-reinforced thermoplastic can, for example, contain regularly arranged structural units which have elevations.
  • the structuring pattern of the structured grain on the surface of the continuous fiber-reinforced thermoplastic can contain regularly arranged structural units which have depressions.
  • structuring patterns are also conceivable which contain regularly arranged structural units which have elevations and depressions.
  • the structural units of at least two adjacent structuring patterns of the structured grain on the surface of the continuous fiber-reinforced thermoplastic are designed in such a way that all structural units of the one structuring pattern are arranged inverted to the structural units of the adjacent structuring pattern, so that the reflections occurring when viewed in daylight or artificial lighting the surface create the impression of a height difference between neighboring groups in the viewer.
  • each (first) structuring pattern of the structured grain on the surface of the continuous fiber-reinforced thermoplastic preferably adjoins several adjacent further structuring patterns and all structural units of each adjacent structuring pattern are arranged inverted to the structural units of the (first) structuring pattern.
  • This allows regular, macroscopic patterns and structures to be generated, for example a checkerboard pattern or a raster pattern without repeat formation.
  • the transitions between adjacent structuring patterns of the structured graining on the surface of the continuous fiber-reinforced thermoplastic also preferably run through the structural units as such and the transition of each structuring pattern forms a distinctly visible edge between the structuring patterns due to the abruptly inverted individual elements.
  • transitions between adjacent structuring patterns of the structured grain on the surface of the continuous fiber-reinforced thermoplastic run through the structural units as such and the transitions between the structuring patterns are continuous.
  • continuous transition is understood to mean a transition between two or more structuring patterns in which no boundaries between the structuring patterns can be seen with the naked eye.
  • thermoplastic film is applied to the mixture of the at least one fiber material and the at least one thermoplastic before step a) is carried out.
  • the thermoplastic film can in principle have any thickness.
  • the thickness of the thermoplastic film is chosen so that unevenness on the surface of the continuous fiber-reinforced thermoplastic can no longer be seen.
  • the thermoplastic film preferably has a thickness in the range from 40 to 250 ⁇ m, particularly preferably in the range from 50 to 150 ⁇ m.
  • the thermoplastic film preferably contains at least one thermoplastic selected from polyolefins, polyvinyl polymers, styrene polymers, styrene-acrylonitrile copolymers, acrylonitrile-butadiene-styrenes (ABS), polymers of (meth) acrylic acid, polyacrylates, polymethyl methacrylates, polyacrylamides, Polycarbonates, polyalkylene oxides, polyphenylene ethers, polyphenylene sulfides, polyether sulfones, polyether ketones, polyimides, polyquinoxalines, polyquinolines, Polybenzimidazoles, polyamides, polyesters, polyurethanes, polyisocyanates, polyols, polyether polyols, polyester polyols or mixtures thereof.
  • ABS acrylonitrile-butadiene-styrenes
  • the thermoplastic film particularly preferably contains at least one thermoplastic selected from polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyoxymethylene (POM), polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), acrylonitrile butadiene styrene (ABS), polyamide 4.6, polyamide 6, polyamide 6.6, polyamide 6.10, polyamide 6.12, polyamide 10.10, polyamide 11, polyamide 12, polyamide 12.12, polyamide 13.13, polyamide 66, polyamide 6.T, polyamide 9.T, polyamide MXD.6, polyamide 6 / 6.6, polyamide 6 /6.T, polyamide 6.I / 6.T, polyamide 6 / 6.6 / 6.10 or mixtures thereof.
  • PE polyethylene
  • PP polypropylene
  • POM polyoxymethylene
  • PET polyethylene terephthalate
  • PBT polybutylene terephthalate
  • ABS acrylonitrile butadiene styrene
  • the thermoplastic film very particularly preferably contains at least one thermoplastic selected from polyamide 4.6, polyamide 6, polyamide 6.6, polyamide 6.10, polyamide 6.12, polyamide 10.10, polyamide 11, polyamide 12, polyamide 12.12, polyamide 13.13, polyamide 66, polyamide 6.T, Polyamide 9.T, polyamide MXD.6, polyamide 6 / 6.6, polyamide 6 / 6.T, polyamide 6.I / 6.T, polyamide 6 / 6.6 / 6.10 or mixtures thereof.
  • thermoplastic film preferably contains the same thermoplastics as the mixture of the at least one fiber material and the at least one thermoplastic.
  • thermoplastic film can also contain other additives. Suitable additives are generally known to the person skilled in the art and include the same additives that can also be contained in the mixture of the at least one fiber material and the at least one thermoplastic.
  • thermoplastic film can in principle have any desired melt viscosities.
  • melt viscosity of the thermoplastic film is preferably higher than the melt viscosity of the at least one thermoplastic in the mixture heated in step a).
  • melt viscosity is understood to mean the viscosity in the molten phase of the thermoplastic at the softening temperature of the thermoplastic.
  • the determination of the melt viscosity is known in principle to the person skilled in the art and is carried out in accordance with DIN 53735, for example.
  • the melt viscosity of the thermoplastic film is preferably at least 10% and at most 60% higher than the melt viscosity of the at least one thermoplastic in the mixture heated in step a).
  • the method according to the invention contains a step d) in which the mixture pressed in step b) is functionalized by injection molding with at least one injection molding polymer.
  • the injection molding as such is also known to the person skilled in the art.
  • one or more areas of the surface of the continuous fiber-reinforced thermoplastic are preferably provided with elements formed from injection-molded polymer. Suitable elements have already been defined above in the context of the term “functionalization”.
  • the injection molding is preferably carried out in such a way that free cavities present in the tool are filled with the injection molding polymer in step d). These free cavities determine the specific shape of the elements, which are applied by injection molding onto the corresponding surface of the continuous fiber-reinforced thermoplastic.
  • the injection molding polymer used in step d) as such is known to the person skilled in the art.
  • the injection molding polymer is preferably a temperature-stable thermoplastic which is identical to the at least one thermoplastic contained in the mixture of the at least one fiber material and the at least one thermoplastic heated in step a). All preferred polymers for the at least one thermoplastic accordingly apply accordingly to the injection molding polymer used in step d).
  • the injection molding polymer can also be modified in that the injection molding polymer is at most 70% by weight, preferably at most 50% by weight, particularly preferably at most 30% by weight, based on the total weight of the injection molding polymer, with material selected from glass fibers , Carbon fibers, aramid fibers, natural fibers, glass spheres or mixtures thereof.
  • the free cavities present in the tool, which are filled with the injection molding polymer can optionally also have a structured grain.
  • the injection molding polymer used in process step d) is generally in the melt when it is introduced into the tool in order to carry out the functionalization by injection molding.
  • the injection molding polymer is preferably at a temperature of at least 160 ° C., preferably at a temperature of heated to at least 250 ° C., particularly preferably to a temperature of at least 300 ° C., when it is introduced into the tool in step d).
  • step d) can be started while step b) is being carried out.
  • step d) can only be started after the end of method step b) and while step c) is being carried out, or according to option iii) method step d) after the end of method step b) and before performing step c ) started.
  • Step d) is preferably started after process step b) has ended and before step c) is carried out.
  • step b) the pressing of the mixture heated in step a) and in step c) the cooling of the pressed mixture is completed and in step d) the surface of the fiber-reinforced thermoplastic is completely provided with the injection-molded polymer at the points provided for this.
  • step d After pressing in step b), cooling in step c) and, if appropriate, after functionalization in step d), the continuous fiber-reinforced thermoplastic can be removed from the tool.
  • thermoplastic which is reinforced with a flat textile structure and has a structured grain on the surface, which is obtained by the method according to the invention.
  • Continuous fiber-reinforced thermoplastics which are produced by the method according to the invention, are suitable due to the structured grain in visible components, for example in vehicles.
  • Another object of the present invention is also the use of the thermoplastic, reinforced with a textile sheet material and having a structured grain, in visible components, preferably in visible components in vehicles.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer strukturierten Narbung auf der Oberfläche eines mit einem textilen Flächengebilde endlosfaserverstärkten Thermoplasten, in dem ein Gemisch aus mindestens einem Fasermaterial und mindestens einem Thermoplasten in einem Werkzeug auf eine Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur des Thermoplasten erhitzt und verpresst wird, wobei auf der Innenseite des Werkzeugs eine strukturierte Narbung angebracht ist. Das mindestens eine Fasermaterial enthält Endlosfasern und liegt in Form eines regelmäßig angeordneten textilen Flächengebildes vor. Die strukturierte Narbung auf der Innenseite des Werkzeugs und das textile Flächengebilde werden so zueinander ausgerichtet, dass sich beim Verpressen das textile Flächengebilde und die strukturierte Narbung auf der Innenseite des Werkzeugs überlagern, wobei die regelmäßig angeordnete strukturierte Narbung so auf die Innenseite des Werkzeugs angebracht ist, dass sie auf der Sichtseite des endlosfaserverstärkten Thermoplasten eine strukturierte Narbung erzeugt, und wobei die strukturierte Narbung in dem Werkzeug durch Ätzen, Laserstrukturierung, Sandstrahlen, Formfräsen oder Erodieren hergestellt wird, wodurch die Innenseite des Werkzeugs eine Oberfläche mit Vertiefungen und/oder Erhöhungen aufweist. Nach dem Verpressen wird das Gemisch aus dem mindestens einen Fasermaterial und dem mindestens einen Thermoplasten im Werkzeug auf eine Temperatur unterhalb der Erweichungstemperatur des Thermoplasten abgekühlt unter Bildung der strukturierten Narbung auf der Oberfläche des Thermoplasten. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein mit einem textilen Flächengebilde endlosfaserverstärkter Thermoplast mit einer strukturierten Narbung auf der Oberfläche, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten wird.
  • Bauteile aus faserverstärkten Thermoplasten sind insbesondere für Leichtbauanwendungen in der Luft- und Raumfahrt oder im Automobilsektor von großem Interesse aufgrund ihrer hohen Energieabsorption und spezifischen Steifigkeit sowie Festigkeit bei vergleichsweise niedrigem Gewicht, ihrer guten Umformbarkeit und Lagerfähigkeit. Die Festigkeit und Steifigkeit werden dabei vor allem durch die Art und Anordnung des unterstützenden Fasermaterials bestimmt. Der Thermoplast dient in solchen Bauteilen als unterstützende Matrix für das Fasermaterial und schützt das Fasermaterial vor äußeren physikalischen und chemischen Einflüssen.
  • Für Bauteile aus faserverstärkten Thermoplasten ist der Einsatz im Sichtbereich eines Fahrzeugs aber auch problematisch, da die Oberflächentextur aufgrund des Fasermaterials Unebenheiten aufweist und damit den Qualitätsanforderungen an das Bauteil nicht genügt.
  • So offenbart beispielsweise M. Blinzler in "Oberflächentexturen bei gewebeverstärkten Thermoplasten", Kunststoffe 11/1999, Seiten 128 - 130, dass die Gewebeverstärkung eines Thermoplasten an der Oberfläche eine deutlich sichtbare Textur erzeugt, welche durch Lackierung zwar einen hohen Glanzgrad aufweist, aber gleichzeitig die Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche noch besser sichtbar macht.
  • Oberflächen von faserverstärkten Thermoplasten zeigen in der Regel auch eine Faserdurchzeichnung, die aus der ungleichmäßigen Verteilung von Fasermaterial und thermoplastischem Material resultiert. Durch die höhere Schrumpfung des thermoplastischen Materials gegenüber dem Fasermaterial beim Abkühlen, entstehen zudem auch weitere Oberflächendefekte.
  • M. Blinzler, "Werkstoff- und prozessseitige Einflussmöglichkeiten zur Optimierung der Oberflächenqualität endlosfaserverstärkter Kunststoffe", Dissertation, TU Kaiserslautern, 2002, Seiten 12, 13, 46, 47, 120 und 121, offenbart unterschiedliche Vorgehensweisen für Deckschichten auf lackierten Bauteilen aus endlosfaserverstärkten Kunststoffen, wie beispielsweise die Erhöhung des Thermoplastenanteils an der Außenschicht des Bauteils durch Herabsetzung des Gehalts an Fasermaterial, die Applikation einer Außenschicht ohne Beeinflussung des inneren Bereichs des thermoplastischen Bauteils, die Erhöhung der Schichtdecke der Lackierung durch zusätzliche Füllerschichten oder stärkerem Decklackauftrag oder die Applikation einer Lackfolie.
  • Die vorstehend genannten Problematiken hinsichtlich der oft mangelhaften Oberflächenbeschaffenheit von faserverstärkten Thermoplasten und vergleichbare Vorgehensweisen zu deren Verbesserung werden unter anderem auf der Internetseite www.maschinenmarkt.vogel.de/faserverstaerkte-thermoplaste-mit-entwicklungsansaetz en-fuer-class-a-faehige-oberflaechen-a-814/, aufgerufen am 14. Dezember 2016, offenbart.
  • JP 2010 253714 betrifft ein Verfahren zum Formen eines plattenförmigen faserverstärkten Plastikmaterials in eine Wellenform oder sonstige unebene Form. Das Formen erfolgt, indem ein thermoplastisches Material auf die Ober- und Unterseite des plattenförmigen faserverstärkten Plastikmaterials aufgebracht wird und dann das gesamte Kompositmaterial erwärmt und schließlich geformt wird. Als Fasermaterial können beispielsweise gewebte Strukturen eingesetzt werden.
  • US 2014/0186584 betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kompositmaterials aus einer Verstärkungsfaser und einem Thermoplasten mit einer guten Oberflächenerscheinung. Das Kompositmaterial enthält Verstärkungsfasern mit einer Länge im Bereich von 5 mm bis 10 mm. Zur Herstellung wird eine Platte über den Schmelzpunkt bzw. die Glasübergangstemperatur erhitzt und anschließend mit einem Werkzeug, dessen Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur bzw. der Glasübergangstemperatur liegt, geprägt.
  • DE 100 54 490 betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Kunststoffbauteils mit einem hohen Glanzgrad. Bei diesem Verfahren wird eine Folie auf ein mit Fasern versehenes Kunststoffmaterial aufgetragen. Auf die Folie werden mit einem Werkzeug Stege oder Erhebungen aufgebracht, zwischen denen sich Täler befinden, so dass sich auf der sichtbaren Bauteiloberfläche eine Narbung ausbildet, allerdings ist diese Narbung mit bloßem Auge nicht zu erkennen und erweckt einen glatten Eindruck. Zur Herstellung wird zunächst die Kunststofffolie in das Werkzeug eingelegt und anschließend das Werkzeug geschlossen. In die Werkzeugkavität wird dann das faserverstärkte Kunststoffmaterial eingebracht, das sich daraufhin mit der Kunststofffolie verbindet.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist somit die Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens, das die im Stand der Technik beschriebenen Nachteile umgeht.
  • Diese Aufgabe wurde gelöst durch ein Verfahren zur Erzeugung einer strukturierten Narbung auf der Oberfläche eines mit einem textilen Flächengebilde endlosfaserverstärkten Thermoplasten, enthaltend die Schritte a) bis c):
    1. a) Erhitzen eines Gemisches aus mindestens einem Fasermaterial und mindestens einem Thermoplasten auf eine Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur des Thermoplasten, wobei das mindestens eine Fasermaterial Endlosfasern enthält und in Form eines regelmäßig angeordneten textilen Flächengebildes vorliegt,
    2. b) Verpressen des in Schritt a) erhitzten Gemisches in einem Werkzeug, wobei auf der Innenseite des Werkzeugs eine regelmäßig angeordnete, strukturierte Narbung angebracht ist,
    3. c) Abkühlen des in Schritt b) verpressten Gemisches im Werkzeug auf eine Temperatur unterhalb der Erweichungstemperatur des Thermoplasten unter Bildung der strukturierten Narbung auf der Oberfläche des mit dem textilen Flächengebilde endlosfaserverstärkten Thermoplasten,
    wobei die strukturierte Narbung auf der Innenseite des Werkzeugs und das textile Flächengebilde im Werkzeug in Schritt b) so zueinander ausgerichtet sind, dass sich das regelmäßig angeordnete textile Flächengebilde und die regelmäßig angeordnete strukturierten Narbung auf der Innenseite des Werkzeugs überlagern, wobei die regelmäßig angeordnete strukturierte Narbung so auf die Innenseite des Werkzeugs angebracht ist, dass sie auf der Sichtseite des endlosfaserverstärkten Thermoplasten eine strukturierte Narbung erzeugt, und wobei die strukturierte Narbung in dem Werkzeug durch Ätzen, Laserstrukturierung, Sandstrahlen, Formfräsen oder Erodieren hergestellt wird, wodurch die Innenseite des Werkzeugs eine Oberfläche mit Vertiefungen und/oder Erhöhungen aufweist.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann eine strukturierte Narbung auf die Oberfläche von mit einem textilen Flächengebilde endlosfaserverstärkten Thermoplasten aufgebracht werden, die den Eindruck von einer hochwertigeren Oberflächenbeschaffenheit vermittelt, da Unebenheiten auf der Oberfläche aufgrund der strukturierten Narbung nicht mehr wahrgenommen werden. Die strukturierte Narbung der Oberfläche der endlosfaserverstärkten Thermoplasten ist außerdem auf einfache Weise durchführbar und macht die Verwendung anderer Oberflächenbehandlungen nicht mehr zwingend erforderlich. Fehlstellen auf der Oberfläche der endlosfaserverstärkten Thermoplasten können aufgrund der strukturierten Narbung effektiv kaschiert werden, um das Erscheinungsbild des endlosfaserverstärkten Thermoplasten deutlich zu verbessern.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend im Detail erläutert.
  • Unter der Bezeichnung "strukturierte Narbung" werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung Strukturierungsmuster, das heißt regelmäßig angeordnete strukturierte Vertiefungen und/oder Erhebungen, auf einer Oberfläche verstanden. Ein Strukturierungsmuster ist aus mindestens einer Struktureinheit aufgebaut.
  • Unter einer "Struktureinheit" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung die kleinste Einheit in einem Strukturierungsmuster verstanden. Eine Struktureinheit beinhaltet üblicherweise eine definierte Anzahl von Vertiefungen und/oder Erhebungen beliebiger Geometrie, die in sich bzw. zu weiteren Struktureinheiten im Strukturierungsmuster regelmäßig angeordnet sind. Eine solche Struktureinheit kann beispielsweise Karos, Rauten, Rechtecke, Quadrate oder Linien enthalten. Gegebenenfalls können sich Struktureinheiten abwechseln beziehungsweise miteinander kombiniert werden. So sind Muster denkbar, die aus mehreren verschiedenen Linien von unterschiedlicher Stärke (Breite) und/oder Tiefe aufgebaut sind.
  • Unter der Bezeichnung "regelmäßig angeordnet" werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung in festgelegten Abständen wiederkehrende Einheiten verstanden, die vorzugsweise nach einem bestimmten Muster angeordnet sind. Diese Einheiten können Struktureinheiten in der strukturierten Narbung sein oder sich wiederholende Einheiten in textilen Flächengebilden.
  • Die Abstände zwischen den einzelnen Struktureinheiten einer strukturierten Vertiefung auf einer Oberfläche können beliebige Werte (Größen) annehmen, beispielsweise 300 µm. Vorzugsweise beträgt der Abstand zwischen den einzelnen Struktureinheiten der strukturierten Vertiefungen maximal 1200 µm (Durchschnittswert über das gesamte Muster), insbesondere beträgt der Abstand 50 bis 1200 µm. Die Breite einer Struktureinheit, beispielsweise der Durchmesser eines Punktes (bei einer punktförmigen Struktur) oder die Breite einer Linie (bei einer linien- oder gitterförmigen Struktur) kann beliebig sein, vorzugsweise ist sie im Bereich von 60 bis 800 µm, mehr bevorzugt 70 bis 600 µm, insbesondere 80 bis 400 µm.
  • Ebenso können die Vertiefungen als solche (also die Tiefe einer Strukturierung) beliebige Werte (Größen) annehmen. So ist es denkbar, dass in Teilbereichen einer Oberfläche die gleichen Struktureinheiten/Muster enthalten sind, die sich jedoch hinsichtlich ihrer Tiefe unterscheiden. Die Vertiefungen sind (als Durchschnittswert) in aller Regel nicht größer (tiefer) als 25 % der Dicke des faserverstärkten Thermoplasten, wobei dieser Wert gegebenenfalls auch etwas höher ausfallen kann.
  • In Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Gemisch aus mindestens einem Fasermaterial und mindestens einem Thermoplasten auf eine Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur des Thermoplasten erhitzt, wobei das mindestens eine Fasermaterial Endlosfasern enthält und in Form eines regelmäßig angeordneten textilen Flächengebildes vorliegt.
  • Das Gemisch aus dem mindestens einen Fasermaterial und dem mindestens einen Thermoplasten kann grundsätzlich in beliebiger, dem Fachmann als angebracht erscheinenden Form vorliegen. Üblicherweise handelt es sich bei dem Gemisch aus dem mindestens einen Fasermaterial und dem mindestens einen Thermoplasten um ein Faserverbundmaterial, bei dem das mindestens eine Fasermaterial in Form von Endlosfasern vorliegt und der mindestens eine Thermoplast als polymere Matrix das mindestens eine Fasermaterial umgibt. Entsprechende (Endlos-)Faserverbund-materialien sind dem Fachmann allgemein bekannt.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden die Bezeichnungen "mit einem textilen Flächengebilde endlosfaserverstärkter Thermoplast" sowie "endlosfaserverstärkter Thermoplast" synonym verwendet.
  • Vorzugsweise liegt das Gemisch aus dem mindestens einen Fasermaterial und dem mindestens einen Thermoplasten als Halbzeug vor. Unter einem Halbzeug wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein flächenförmiges Ausgangsmaterial für Thermoformprozesse verstanden, welches einen Kern aus einem textilen Flächengebilde enthält. Das Halbzeug liegt vorzugsweise in Form von extrudierten Folien, Profilen oder Platten vor, besonders bevorzugt als plattenförmiges Halbzeug.
  • Die Oberfläche eines solchen Halbzeuges weitestgehend eben sein, es ist aber auch je nach Anwendungsbereich möglich, dass die Oberfläche gewölbt ist.
  • Vorzugsweise weist das Halbzeug eine Dicke im Bereich von 0,1 bis 50 mm, mehr bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 25 mm und besonders bevorzugt im Bereich von 1 bis 4 mm auf.
  • Unter der Bezeichnung "mindestens ein Fasermaterial" wird im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung genau ein Fasermaterial als auch eine Mischung aus zwei oder mehreren verschiedenen Fasermaterialien verstanden. Als Fasermaterial können erfindungsgemäß prinzipiell alle dem Fachmann bekannten Fasermaterialien eingesetzt werden.
  • Erfindungsgemäß enthält das mindestens eine Fasermaterial Endlosfasern. Die Bezeichnungen "Endlosfaser" und "Filament" werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung synonym verwendet. Unter der Bezeichnung "Endlosfaser" werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung solche Fasern verstanden, die im Gemisch aus dem mindestens einen Fasermaterial und dem mindestens einen Thermoplasten hinsichtlich ihrer Länge nicht unterbrochen sind.
  • Vorzugsweise enthält das mindestens eine Fasermaterial mindestens 50 Gew.-%, mehr bevorzugt mindestens 75 Gew.-%, noch mehr bevorzugt mindestens 85 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 98 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt 100 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des mindestens einen Fasermaterials, Endlosfasern.
  • Vorzugsweise enthält das mindestens eine Fasermaterial Glasfasern, Naturfasern, Kunststofffasern, Aramidfasern, Kohlenstofffasern, Metallfasern, beispielsweise Stahlfasern oder Kupferfasern, Mineralfasern, beispielsweise Basaltfasern, Borfasern, Kaliumtitanat-fasern, oder Kombinationen daraus. Besonders bevorzugt sind Glasfasern oder Kohlenstofffasern.
  • Das mindestens eine Fasermaterial weist vorzugsweise einen Faserdurchmesser im Bereich von 1 bis 100 µm, mehr bevorzugt im Bereich von 5 bis 50 µm und besonders bevorzugt im Bereich von 7 bis 30 µm auf.
  • Das mindestens eine Fasermaterial liegt in Form eines regelmäßig angeordneten textilen Flächengebildes vor. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden unter einem textilen Flächengebilde beispielsweise flächige Waren verstanden, die aus textilen Waren wie Fasern oder Fäden erzeugt sind. Regelmäßig angeordnete textile Flächengebilde weisen in festgelegten Abständen wiederkehrende Einheiten auf, die vorzugsweise nach einem bestimmten Muster angeordnet sind. Entsprechende textile Flächengebilde sind dem Fachmann prinzipiell bekannt.
  • Regelmäßig angeordnete textile Flächengebilde zeichnen sich üblicherweise durch eine gerichtete Struktur auf, in der das mindestens eine Fasermaterial an einer definierten Anzahl an Orientierungsrichtungen ausgerichtet ist. Insbesondere weisen regelmäßig angeordnete textile Flächengebilde keine regellosen und ungeordnet verteilten Fasern auf, wie es beispielsweise in Vlies oder Filz der Fall ist.
  • Vorzugsweise ist das regelmäßig angeordnete textile Flächengebilde ein Fasergewebe, Fasergelege, Fasergestrick, Fasergewirk oder Fasergeflecht oder liegt in Form einer unidirektionalen oder bidirektionalen Faserstruktur aus parallelen Fasern vor.
  • Besonders bevorzugt ist das textile Flächengebilde ein Fasergewebe oder ein Fasergelege, ganz besonders bevorzugt ein Fasergewebe.
  • Als Fasergewebe kann prinzipiell jedes beliebige Fasergewebe eingesetzt werden. Bevorzugte Gewebearten umfassen eine Leinwandbindung, Köperbindung oder Atlasbindung. Mehr bevorzugt werden Fasergewebe in Köperbindung eingesetzt.
  • Das mindestens eine Fasermaterial hat vorzugsweise eine Feinheit im Bereich von 100 bis 10 000 tex, mehr bevorzugt im Bereich von 400 bis 5 000 tex und besonders bevorzugt im Bereich von 800 bis 2 000 tex.
  • Weiterhin weist das mindestens eine Fasermaterial vorzugsweise eine Strukturdichte im Bereich von 1 bis 10 Rovings/cm, mehr bevorzugt im Bereich von 1,5 bis 5 Rovings/cm und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 2 bis 4 Rovings/cm auf.
  • Das mindestens eine Fasermaterial kann aus einer oder mehreren Lagen von textilen Flächengebilden aufgebaut sein. Vorzugsweise ist das mindestens eine Fasermaterial aus mindestens einer und höchstens 30 Lagen, mehr bevorzugt mindestens zwei Lagen und höchstens 10 Lagen, besonders bevorzugt mindestens zwei Lagen und höchstens fünf Lagen von textilen Flächengebilden aufgebaut.
  • Werden Lagen parallel ausgerichteter Fasern gedreht zueinander eingesetzt, sind die einzelnen Lagen vorzugsweise bidirektional aufgebaut und jeweils um den Winkel von 90° zueinander gedreht. Bei Einsatz von drei Lagen oder eines Vielfachen von drei Lagen ist es auch möglich, die einzelnen Lagen um einen Winkel von 60° zueinander gedreht anzuordnen und bei vier Lagen oder Vielfachen von vier Lagen um einen Winkel von 45° zueinander gedreht.
  • Weiterhin ist es auch möglich, mehr als eine Lage an Fasern mit gleicher Ausrichtung vorzusehen. Hierbei können ebenfalls Lagen zueinander verdreht sein, wobei die Anzahl an Lagen mit Fasern gleicher Ausrichtung in jeder der Ausrichtungen der Fasern unterschiedlich sein können, beispielsweise vier Lagen in einer ersten Richtung und eine Lage in einer dazu, zum Beispiel um 90° gedrehten Richtung (bidirektionaler Aufbau mit Vorzugsrichtung). Darüber hinaus ist auch ein quasi isotroper Aufbau bekannt, bei dem die Fasern einer zweiten Lage um 90° gedreht zur Faser einer ersten Lage angeordnet sind und weiterhin Fasern einer dritten Lage um 45° gedreht zu den Fasern der zweiten Lage.
  • Vorzugsweise weist jede Lage des mindestens einen Fasermaterials ein Flächengewicht im Bereich von 100 bis 1000 g/m2, mehr bevorzugt im Bereich von 200 bis 800 g/m2 und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 500 bis 700 g/m2 auf.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das textile Flächengebilde eine Feinheit im Bereich von 800 bis 2 000 tex und eine Strukturdichte im Bereich von 2 bis 4 rovings/cm auf und jede Lage des textilen Flächengebildes weist ein Flächengewicht im Bereich von 500 bis 700 g/m2 auf.
  • In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform ist das textile Flächengebilde ein Fasergewebe aus Glasfasern mit einem Faserdurchmesser im Bereich von 10 bis 30 µm, das in Köperbindung 2/2 vorliegt, eine Feinheit im Bereich von 800 bis 2 000 tex und eine Strukturdichte im Bereich von 2 bis 4 rovings/cm aufweist und jede Lage des textilen Flächengebildes weist ein Flächengewicht im Bereich von 500 bis 700 g/m2 auf.
  • Das Gemisch aus dem mindestens einen Fasermaterial und dem mindestens einen Thermoplasten enthält vorzugsweise mindestens 20 Vol.-%, besonders bevorzugt mindestens 45 Vol.-%, des mindestens einen Fasermaterials, bezogen auf das Gesamtvolumen des Gemischs.
  • Das Gemisch aus dem mindestens einen Fasermaterial und dem mindestens einen Thermoplasten enthält darüber hinaus höchstens 80 Vol.-%, vorzugsweise höchstens 60 Vol.-%, des mindestens einen Fasermaterials, bezogen auf das Gesamtvolumen des Gemischs.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Gemisch aus dem mindestens einen Fasermaterial und dem mindestens einen Thermoplasten 20 bis 80 Vol.-%, vorzugsweise 45 bis 60 Vol.-% des mindestens einen Fasermaterials, bezogen auf das Gesamtvolumen des Gemischs, wobei das Gesamtvolumen des Gemischs stets 100 Vol.-% ergibt.
  • Das Gemisch enthält weiterhin mindestens einen Thermoplasten. Unter der Bezeichnung "mindestens ein Thermoplast" wird im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung genau ein Thermoplast als auch eine Mischung aus zwei oder mehr verschiedenen Thermoplasten verstanden. Als Thermoplast kann erfindungsgemäß prinzipiell jeder dem Fachmann bekannte Thermoplast eingesetzt werden.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff "Thermoplast" folgendes verstanden. Thermoplaste sind polymere Kunststoffe, die sich in einem bestimmten Temperaturbereich (thermoplastisch) verformen lassen. Dieser Vorgang ist prinzipiell reversibel, das heißt er kann durch Abkühlung und Wiedererwärmung bis in den schmelzflüssigen Zustand mehrfach wiederholt werden.
  • Vorzugsweise ist der mindestens eine Thermoplast ein temperaturstabiler Thermoplast mit einer Erweichungstemperatur größer als 100°C.
  • Vorzugsweise ist der mindestens eine Thermoplast ausgewählt aus Polyolefinen, Polyvinylpolymeren, Styrol-Polymeren, Styrol-Acrylnitril-Copolymeren, Acrylnitril-Butadien-Styrolen (ABS), Polymeren der (Meth)Acrylsäure, Polyacrylaten, Polymethylmethacrylaten, Polyacrylamiden, Polycarbonaten, Polyalkylenoxiden, Polyphenylenethern, Polyphenylensulfiden, Polyethersulfonen, Polyetherketonen, Polyimiden, Polychinoxalinen, Polychinolinen, Polybenzimidazolen, Polyamiden, Polyestern, Polyurethanen, Polyisocyanaten, Polyolen, Polyetherpolyolen, Polyesterpolyolen oder Mischungen davon.
  • Geeignete Polyolefine umfassen beispielsweise beispielsweise Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) oder Polybutylen (PB) sowie halogenierte Polyolefine wie Polytetrafluoroethylen.
  • Polyvinylpolymere, die sich für das erfindungsgemäße Verfahren eignen umfassen zum Beispiel Polyvinylhalogenide, Polyvinylacetate, Polyvinylether, Polyvinylalkohole, Polyvinyllactame oder Polyvinylamine.
  • Als Polyacrylate eignen sich beispielsweise Polymere der Alkylester, Alkali- und Erdalkalimetalle der Acrylsäure und der Methacrylsäure.
  • Polyalkylenoxide umfassen beispielsweise Polyoxymethylen (POM) oder Polyethylenglykole (PEG),
    Geeignete Polyamide umfassen beispielsweise Polyamid 4.6, Polyamid 6, Polyamid 6.6, Polyamid 6.10, Polyamid 6.12, Polyamid 10.10, Polyamid 11, Polyamid 12, Polyamid 12.12, Polyamid 13.13, Polyamid 66 Polyamid 6.T, Polyamid 9.T, Polyamid MXD.6, Polyamid 6/6.6, Polyamid 6/6.T, Polyamid 6.I/6.T, Polyamid 6/6.6/6.10 oder Mischungen davon.
  • Polyester, die sich für das erfindungsgemäße Verfahren eignen umfassen zum Beispiel aliphatische Polyester, sowie aromatische Polyester wie Polyethylenterephthalat (PET) oder Polybutylenterephthalat (PBT).
  • Besonders bevorzugt ist der mindestens eine Thermoplast ausgewählt aus Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyoxymethylen (POM), Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polyamid 4.6, Polyamid 6, Polyamid 6.6, Polyamid 6.10, Polyamid 6.12, Polyamid 10.10, Polyamid 11, Polyamid 12, Polyamid 12.12, Polyamid 13.13, Polyamid 66 Polyamid 6.T, Polyamid 9.T, Polyamid MXD.6, Polyamid 6/6.6, Polyamid 6/6.T, Polyamid 6.I/6.T, Polyamid 6/6.6/6.10 oder Mischungen davon.
  • Ganz besonders bevorzugt ist der mindestens eine Thermoplast ausgewählt aus Polyamid 4.6, Polyamid 6, Polyamid 6.6, Polyamid 6.10, Polyamid 6.12, Polyamid 10.10, Polyamid 11, Polyamid 12, Polyamid 12.12, Polyamid 13.13, Polyamid 66 Polyamid 6.T, Polyamid 9.T, Polyamid MXD.6, Polyamid 6/6.6, Polyamid 6/6.T, Polyamid 6.I/6.T, Polyamid 6/6.6/6.10 oder Mischungen davon.
  • Das Gemisch aus dem mindestens einen Fasermaterial und dem mindestens einen Thermoplasten enthält vorzugsweise mindestens 20 Vol.-%, besonders bevorzugt mindestens 40 Vol.-%, des mindestens einen Thermoplasten, bezogen auf das Gesamtvolumen des Gemischs.
  • Das Gemisch aus dem mindestens einen Fasermaterial und dem mindestens einen Thermoplasten enthält darüber hinaus höchstens 80 Vol.-%, vorzugsweise höchstens 55 Vol.-%, des mindestens einen Thermoplasten, bezogen auf das Gesamtvolumen des Gemischs.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Gemisch aus dem mindestens einen Fasermaterial und dem mindestens einen Thermoplasten 20 bis 80 Vol.-%, vorzugsweise 45 bis 55 Vol.-% des mindestens einen Thermoplasten, bezogen auf das Gesamtvolumen des Gemischs, wobei das Gesamtvolumen des Gemischs stets 100 Vol.-% ergibt.
  • Zur Einstellung der Eigenschaften des endlosfaserverstärkten Thermoplasten, auf den die regelmäßig angeordnete strukturierte Narbung angebracht wird, kann das Gemisch aus dem mindestens einen Fasermaterial und dem mindestens einen Thermoplasten zusätzlich Additive enthalten. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfassen sämtliche Ausführungsformen, in denen auf ein Gemisch aus dem mindestens einen Fasermaterial und dem mindestens einen Thermoplasten Bezug genommen wird, auch Gemische, die neben dem mindestens einen Fasermaterial und dem mindestens einen Thermoplasten auch Additive enthalten.
  • Geeignete Additive umfassen beispielsweise Stabilisatoren, Schmiermittel, Nukleierungsmittel, Farbstoffe, Härter, Weichmacher, Blends mit anderen Polymeren oder beliebige andere, dem Fachmann bekannten Additive.
  • Geeignete Stabilisatoren umfassen beispielsweise sterisch gehinderte Phenole, sekundäre aromatische Amine, Hydrochinone, Resorcinole, Vitamin E oder dazu strukturell ähnliche Verbindungen, Kupfer(I)-Halogenide, nickelhaltige Radikalfänger, Triazine, Benzoxazinone, Benzotriazole, Benzophenone, Benzoate, Formamidine, Propenoate, aromatische Propandione, Benzimidazole, cycloaliphatische Ketone, Formanilide, Cyanoacrylate, Benzopyranone oder Salicylate.
  • Schmiermittel umfassen beispielsweise Stearinsäuren, Stearylalkohole, Stearylester, Ethylen-bis(stearamid) (EBS), höhere Fettsäuren und deren Derivate sowie Fettsäuregemische mit Fettsäuren, welche 12 bis 30 Kohlenstoffatome aufweisen, Silikonöle, oligomeres Isobutylen oder ähnliche Verbindungen.
  • Geeignete Nukleierungsmittel umfassen beispielsweise Natriumphenylphosphinate, Aluminiumoxide, Siliciumoxide, Nylon-2.2 und Talk.
  • Als Farbstoffe können beispielsweise organische Farbstoffe wie Nigrosin oder Pigmente wie Ultramarinblau, Phthalocyanine, Titandioxid, Cadmiumsulfide, Cadmiumselenide, Pigmentruß oder Derivate der Perylentetracarbonsäure eingesetzt werden.
  • Weichmacher umfassen beispielsweise Dioctylphthalate, Dibenzylphthalate, Butylbenzylphthalate, N-(n-butyl)-Benzylsulfonamide, ortho- und para-Tolylethylsulfonamide oder kohlenwasserstoffhaltige Öle.
  • Der Anteil des mindestens einen Additivs im Gemisch aus dem mindestens einen Fasermaterial und dem mindestens einen Thermoplasten beträgt vorzugsweise 0 bis 10 Vol.-%, besonders bevorzugt 0 bis 5 Vol.-%, bezogen auf das Gesamtvolumen des Gemisches.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Gemisch aus dem mindestens einen Fasermaterial und dem mindestens einen Thermoplasten
    • 20 bis 80 Vol.-% des mindestens einen Thermoplasten,
    • 20 bis 80 Vol.-% des mindestens einen Fasermaterials, und
    • 0 bis 10 Vol.-% weiterer Additive,
    wobei das Gesamtvolumen des Gemischs stets 100 Vol.-% ergibt.
  • In einer weiter bevorzugten Ausführungsform enthält das Gemisch aus dem mindestens einen Fasermaterial und dem mindestens einen Thermoplasten
    • 40 bis 55 Vol.-% des mindestens einen Thermoplasten
    • 45 bis 60 Vol.-% des mindestens einen Fasermaterials, und
    • 0 bis 5 Vol.-% weiterer Additive,
    wobei das Gesamtvolumen des Gemischs stets 100 Vol.-% ergibt.
  • Das Gemisch aus dem mindestens einen Fasermaterial und dem mindestens einen Thermoplasten kann auf prinzipiell beliebige Weise nach dem Fachmann bekannten Verfahren hergestellt werden. Beispielsweise kann das Fasermaterial mit dem mindestens einen Thermoplasten getränkt werden, um das Gemisch aus dem mindestens einen Fasermaterial und dem mindestens einen Thermoplasten zu erzeugen.
  • Alternativ dazu kann das Fasermaterial auch mit Monomeren zur Herstellung des mindestens einen Thermoplasten getränkt werden und die Monomere werden anschließend, zum Beispiel durch Erwärmen, polymerisiert, um das Gemisch aus dem mindestens einen Fasermaterial und dem mindestens einen Thermoplasten zu erzeugen. Geeignete Monomere zur Herstellung des mindestens einen Thermoplasten sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt.
  • Weitere Möglichkeiten zur Herstellung des Gemischs aus dem mindestens einen Fasermaterial und dem mindestens einen Thermoplasten umfassen beispielsweise eine Pulverimprägnierung, das Laminieren des mindestens einen Fasermaterials mit Thermoplast-Folien oder das Mischen des mindestens einen Fasermaterials mit Thermoplastfasern und anschließendes Schmelzen und Verpressen der Polymerfolien beziehungsweise der Thermoplastfasern.
  • In Schritt a) wird das Gemisch aus dem mindestens einen Fasermaterial und dem mindestens einen Thermoplasten auf eine Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur des mindestens einen Thermoplasten erhitzt.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter der "Erweichungstemperatur" die Temperatur bzw. der Temperaturbereich verstanden, bei dem amorphe bzw. (teil)kristalline Thermoplaste vom glasigen oder hartelastischen Zustand in einen schmelzflüssigen beziehungsweise gummielastischen Zustand übergehen. Dieser Übergang ist verbunden mit einer Verminderung der Härte entsprechender Stoffe. Die Erweichungstemperatur entspricht bei (teil)kristallinen Thermoplasten dem Schmelzpunkt beziehungsweise dem Schmelzbereich des Thermoplasten. Bei amorphen Thermoplasten entspricht die Erweichungstemperatur der Glasübergangstemperatur beziehungsweise dem Glasübergangsbereich der amorphen Thermoplasten.
  • Das Erhitzen des Gemisches aus dem mindestens einen Fasermaterial und dem mindestens einen Thermoplasten kann auf beliebige, dem Fachmann bekannte Weise erfolgen.
  • Das Gemisch aus dem mindestens einen Fasermaterial und dem mindestens einen Thermoplasten kann vorzugsweise in dem gleichen Werkzeug auf eine Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur des Thermoplasten erhitzt werden, in dem auch Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt wird.
  • Alternativ dazu kann das Gemisch aus dem mindestens einen Fasermaterial und dem mindestens einen Thermoplasten auch zunächst in einer separaten Vorrichtung auf eine Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur des Thermoplasten erhitzt werden und anschließend wird das erhitzte Gemisch in das Werkzeug zum Verpressen gemäß Schritt b) überführt.
  • Weiterhin ist es auch möglich, das Gemisch aus dem mindestens einen Fasermaterial und dem mindestens einen Thermoplasten zunächst in einer separaten Vorrichtung auf eine Temperatur unterhalb der Erweichungstemperatur des mindestens einen Thermoplasten vorzuwärmen und anschließend in das Werkzeug zu überführen, in dem auch Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt wird, wobei das Gemisch in dem Werkzeug auf eine Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur des mindestens einen Thermoplasten erhitzt wird.
  • Falls das Gemisch vor dem Einlegen in das Werkzeug erhitzt wird, so erfolgt das Erhitzen vorzugsweise in einem Ofen, besonders bevorzugt in einem Umluftofen, oder mittels Infrarotstrahlung.
  • Vorzugsweise wird das Gemisch aus dem mindestens einen Fasermaterial und dem mindestens einen Thermoplasten in Schritt a) auf eine Temperatur erhitzt, die mindestens 5°C, mehr bevorzugt mindestens 10°C und insbesondere bevorzugt mindestens 15°C oberhalb der Erweichungstemperatur des mindestens einen Thermoplasten liegt.
  • Für den Fall, dass der mindestens eine Thermoplast eine Mischung aus zwei oder mehr verschiedenen Thermoplasten ist, so wird das Gemisch aus dem mindestens einen Fasermaterials und dem mindestens einen Thermoplasten in Verfahrensschritt a) bevorzugt auf eine Temperatur erhitzt, die oberhalb der Erweichungstemperatur des Thermoplasten mit der höchsten Erweichungstemperatur liegt.
  • Bevorzugt wird das Gemisch aus dem mindestens einen Fasermaterial und dem mindestens einen Thermoplasten auf eine Temperatur im Bereich von 100° bis 450 °C, mehr bevorzugt im Bereich von 120° bis 400 °C und besonders bevorzugt im Bereich von 140° bis 350 °C erhitzt.
  • In Verfahrensschritt b) wird das in Schritt a) erhitzte Gemisch in einem Werkzeug verpresst, wobei auf der Innenseite des Werkzeugs eine regelmäßig angeordnete strukturierte Narbung angebracht ist.
  • Das im Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung benutzte Werkzeug als solches ist dem Fachmann bekannt. Vorzugsweise ist es ein kombiniertes Press- und Spritzgusswerkzeug, in welchem zum Beispiel sowohl verformt (verpresst), geheizt sowie angespritzt (zum Beispiel mit einem Polyamid) werden kann. Hierfür kann das Werkzeug sowohl Kavitäten zur Aufnahme des Gemisch aus dem mindestens einen Fasermaterial und dem mindestens einen Thermoplasten, als auch Kavitäten zur Aufnahme eines Spritzgusspolymers aufweisen. Vorzugsweise hat ein solches Werkzeug mehrere solcher Kavitäten.
  • Das Verpressen als solches ist dem Fachmann bekannt. Bei dem Verpressen wird die Geometrie des endlosfaserverstärkten Thermoplasten durch Druckeinwirkung verändert, beispielsweise durch vollständiges oder zumindest teilweises Verbiegen. Die Geometrie des aus Schritt b) resultierenden endlosfaserverstärkten Thermoplasten wird durch die Form des Werkzeugs bestimmt.
  • Das Verpressen in Schritt b) wird vorzugsweise bei einem Druck von mindestens 3 bar absolut, mehr bevorzugt mindestens 5 bar absolut und besonders bevorzugt mindestens 10 bar absolut durchgeführt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird Schritt b) bei einem Druck im Bereich von 3 bis 50 bar absolut, mehr bevorzugt zwischen 5 und 30 bar absolut und besonders bevorzugt zwischen 10 und 25 bar absolut durchgeführt.
  • Die Temperatur in Schritt b) befindet sich vorzugsweise in einem Bereich zwischen 100 °C und 450 °C, bevorzugt zwischen 120 °C und 400 °C und insbesondere bevorzugt zwischen 140 °C und 350 °C. Durch den Pressvorgang kann die Temperatur des Gemisches aus dem mindestens ein Fasermaterial und dem mindestens einen Thermoplasten weiter steigen.
  • Falls das Gemisch aus dem mindestens einen Fasermaterial und dem mindestens einen Thermoplasten in Schritt a) im Werkzeug erhitzt wurde, erfolgt das Verpressen in Schritt b) vorzugsweise unter der gleichen Temperatur wie in Schritt a).
  • Das Verpressen in Schritt b) stellt den eigentlichen Fertigungsschritt für die Herstellung der strukturierten Narbung auf der Oberfläche des endlosfaserverstärkten Thermoplasten dar. Die Dicke des endlosfaserverstärkten Thermoplasten wird in Schritt b) vorzugsweise auf einen Bereich von 0,1 mm bis 10 mm, mehr bevorzugt von 0,5 mm bis 3 mm eingestellt, oder Schritt b) ist ein weiterer Schritt nachgeschaltet, in dem die Dicke des Fertigteils auf einen Bereich von 0,5 bis 10 mm, mehr bevorzugt 0,5 mm bis 3 mm durch Pressen eingestellt wird.
  • Das im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Werkzeug weist auf der Innenseite eine regelmäßig angeordnete strukturierte Narbung auf. Die strukturierte Narbung ist auf der Innenseite der Werkzeugwand angebracht, wodurch die Form der strukturierten Narbung der Innenseite des Werkzeugs durch das Verpressen auf die Oberfläche des endlosfaserverstärkten Thermoplasten abgeformt wird, vorzugsweise wird die Form der strukturierten Narbung vollständig auf die Oberfläche des mit dem textilen Flächengebilde endlosfaserverstärkten Thermoplasten abgeformt.
  • Dem Fachmann ist klar, dass die strukturierte Narbung auf der Innenseite des Werkzeugs durch Vertiefungen und/oder Erhebungen dahingehend strukturiert ist, dass eine Abformung auf die Oberfläche des endlosfaserverstärkten Thermoplasten ermöglicht wird. Soll die Oberfläche des endlosfaserverstärkten Thermoplasten beispielsweise eine kreisförmige Vertiefung aufweisen, so muss die Innenseite des Werkzeugs eine dazu analoge strukturierte Narbung als Erhebung aufweisen und umgekehrt.
  • Die strukturierte Narbung kann durch prinzipiell beliebige Methoden auf der Innenseite des Werkzeugs angebracht werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird die strukturierte Narbung in dem Werkzeug durch Ätzen, Laserstrukturierung, Sandstrahlen, Formfräsen oder Erodieren hergestellt, wodurch die Innenseite des Werkzeugs eine Oberfläche mit Vertiefungen und/oder Erhöhungen aufweist.
  • Vorzugsweise erzeugt die strukturierte Narbung auf der Innenseite des Werkzeugs auf der Oberfläche des mit dem textilen Flächengebilde endlosfaserverstärkten Thermoplasten eine strukturierte Narbung in Form eines Strukturierungsmusters, das aus mindestens einer Struktureinheit aufgebaut ist. Prinzipiell können durch die strukturierte Narbung auf der Innenseite des Werkzeugs beliebige Strukturierungsmuster auf der Oberfläche der endlosfaserverstärkten Thermoplaste erzeugt werden.
  • Die regelmäßig angeordnete strukturierte Narbung wird so auf die Innenseite des Werkzeugs aufgebracht, dass sie auf der Sichtseite des endlosfaserverstärkten Thermoplasten eine strukturierte Narbung erzeugt wird.
  • Erfindungsgemäß sind die regelmäßig angeordnete strukturierte Narbung auf der Innenseite des Werkzeugs und das textile Flächengebilde im Werkzeug in Schritt b) so zueinander ausgerichtet, dass sich das regelmäßige angeordnete textile Flächengebilde und die regelmäßige angeordnete strukturierten Narbung auf der Innenseite des Werkzeugs überlagern. Vorzugsweise überlagern sich das regelmäßige angeordnete textile Flächengebilde und die regelmäßige angeordnete strukturierten Narbung auf der Innenseite des Werkzeugs dadurch vollständig.
  • Dem Fachmann ist dabei klar, dass die regelmäßig angeordnete strukturierte Narbung auf der Innenseite des Werkzeugs und das textile Flächengebilde in Schritt b) vorzugsweise dergestalt zueinander ausgerichtet sind, dass sich die gewünschte strukturierte Narbung auf der Oberfläche des endlosfaserverstärkten Thermoplasten auf dessen Sichtseite befindet. Eine Überlagerung des textilen Flächengebildes und der strukturierten Narbung auf der Innenseite des Werkzeugs in Bereichen des endlosfaserverstärkten Thermoplasten, die sich bei der späteren Anwendung, beispielsweise als Bauteile in Fahrzeugen, nicht im Sichtbereich befinden, ist daher nicht zwingend erforderlich.
  • Üblicherweise weist die Oberfläche des endlosfaserverstärkten Thermoplasten aufgrund des textilen Flächengebildes Unebenheiten in Form von Erhebungen und Vertiefungen auf, die durch die strukturierte Narbung auf der Oberfläche des endlosfaserverstärkten Thermoplasten kaschiert werden sollen.
  • Vorzugsweise werden daher die regelmäßig angeordnete strukturierte Narbung auf der Innenseite des Werkzeugs und das textile Flächengebilde im Werkzeug in Schritt b) so zueinander ausgerichtet, dass die strukturierte Narbung auf der Innenseite des Werkzeugs die Unebenheiten auf der Oberfläche des endlosfaserverstärkten Thermoplasten möglichst vollständig überlagert. Abhängig vom Strukturierungsmuster der regelmäßig angeordneten strukturierten Narbung auf der Innenseite des Werkzeuges werden in Schritt b) auf die Oberfläche des endlosfaserverstärkten Thermoplasten Erhebungen und/oder Vertiefungen abgeformt.
  • In Schritt c) wird das in Schritt b) verpresste Gemisch im Werkzeug auf eine Temperatur unterhalb der Erweichungstemperatur des Thermoplasten abgekühlt unter Bildung der strukturierten Narbung auf der Oberfläche des mit dem textilen Flächengebilde endlosfaserverstärkten Thermoplasten.
  • Das Abkühlen in Schritt c) kann nach beliebigen, dem Fachmann bekannten Methoden erfolgen. Beispielsweise kann das Abkühlen mittels einer internen Kühlung innerhalb des Werkzeuges erfolgen oder es erfolgt eine langsame Abkühlung des in Schritt b) verpressten Gemisches, indem das Werkzeug nicht weiter auf Temperaturen oberhalb der Erweichungstemperatur des Thermoplasten geheizt wird.
  • In Schritt c) wird der endlosfaserverstärkte Thermoplast vorzugsweise vollständig ausgehärtet, gegebenenfalls kann aber auch ein nur teilweise ausgehärteter endlosfaserverstärkter Thermoplast nach dem Verpressen aus dem Werkzeug entnommen werden. Dem Fachmann ist die Entnahme des endlosfaserverstärkten Thermoplasten aus dem Werkzeug auch unter der Bezeichnung "Entformung" bekannt.
  • Die Temperatur des Werkzeugs während der Entformung kann dabei prinzipiell beliebige Werte annehmen, vorausgesetzt, dass die Temperatur unterhalb der Erweichungstemperatur des endlosfaserverstärkten Thermoplasten liegt.
  • Vorzugsweise wird das in Schritt b) verpresste Gemisch im Werkzeug auf eine Temperatur abgekühlt, die mindestens 5°C, mehr bevorzugt mindestens 10°C und insbesondere bevorzugt mindestens 15°C unterhalb der Erweichungstemperatur des mindestens einen Thermoplasten liegt.
  • Für den Fall, dass der mindestens eine Thermoplast eine Mischung aus zwei oder mehr verschiedenen Thermoplasten ist, so wird das Gemisch aus dem mindestens einen Fasermaterials und dem mindestens einen Thermoplasten in Verfahrensschritt a) bevorzugt auf eine Temperatur abgekühlt, die unterhalb der Erweichungstemperatur des Thermoplasten mit der niedrigsten Erweichungstemperatur liegt.
  • Bevorzugt wird das in Schritt b) verpresste Gemisch auf eine Temperatur im Bereich von -20° bis 40 °C, mehr bevorzugt im Bereich von 0° bis 35 °C und besonders bevorzugt im Bereich von 10° bis 30 °C erhitzt.
  • Im Anschluss an die Entformung können gegebenenfalls weitere Verfahrensschritte durchgeführt werden, beispielsweise eine Weiterverarbeitung des endlosfaserverstärkten Thermoplasten in Abhängigkeit von der gewünschten Verwendung.
  • Die strukturierte Narbung auf der Oberfläche des endlosfaserverstärkten Thermoplasten ist vorzugsweise aus sich wiederholenden und regelmäßig angeordneten Struktureinheiten aufgebaut, die je nach Bedarf verschieden angeordnet sein können.
  • Die erfindungsgemäße strukturierte Narbung auf der Oberfläche des endlosfaserverstärkten Thermoplasten ist vorzugsweise insbesondere keine unregelmäßig angeordnete Narbung wie es beispielsweise bei einer Ledernarbung der Fall ist.
  • Das Strukturierungsmuster der strukturierten Narbung auf der Oberfläche des endlosfaserverstärkten Thermoplasten kann Struktureinheiten enthalten, die prinzipiell eine beliebige Anzahl an Erhebungen und/oder Vertiefungen aufweisen können.
  • Das Strukturierungsmuster der strukturierten Narbung auf der Oberfläche des endlosfaserverstärkten Thermoplasten kann beispielsweise regelmäßig angeordnete Struktureinheiten enthalten, die Erhebungen aufweisen.
  • Weiterhin kann das Strukturierungsmuster der strukturierten Narbung auf der Oberfläche des endlosfaserverstärkten Thermoplasten regelmäßig angeordnete Struktureinheiten enthalten, die Vertiefungen aufweisen.
  • Außerdem sind auch Strukturierungsmuster denkbar, die regelmäßig angeordnete Struktureinheiten enthalten, die Erhebungen und Vertiefungen aufweisen.
  • In einer Ausführungsform sind die Struktureinheiten mindestens zweier benachbarter Strukturierungsmuster der strukturierten Narbung auf der Oberfläche des endlosfaserverstärkten Thermoplasten so ausgebildet, dass alle Struktureinheiten des einen Strukturierungsmusters invertiert zu den Struktureinheiten des benachbarten Strukturierungsmusters angeordnet sind, so dass die bei Betrachtung bei Tageslicht oder künstlicher Beleuchtung entstehenden Reflexionen der Oberfläche beim Betrachter den Eindruck eines Höhenunterschiedes zwischen benachbarten Gruppen erzeugen.
  • Bevorzugt grenzt in dieser Ausführungsform jedes (erste) Strukturierungsmuster der strukturierten Narbung auf der Oberfläche des endlosfaserverstärkten Thermoplasten an mehrere benachbarte weitere Strukturierungsmuster an und alle Struktureinheiten jedes benachbarten Strukturierungsmusters sind invertiert zu den Struktureinheiten des (ersten) Strukturierungsmusters angeordnet. Damit lassen sich regelmäßige, makroskopische Muster und Strukturen erzeugen, beispielsweise ein Schachbrettmuster oder ein gerastertes Muster ohne Rapportbildung.
  • Weiterhin bevorzugt verlaufen in dieser Ausführungsform die Übergänge zwischen benachbarten Strukturierungsmustern der strukturierten Narbung auf der Oberfläche des endlosfaserverstärkten Thermoplasten durch die Struktureinheiten als solche und der Übergang jedes Strukturierungsmusters bildet durch die sprungartig invertierten Einzelelemente eine ausgeprägt sichtbare Kante zwischen den Strukturierungsmustern.
  • Ebenso ist aber auch denkbar, dass in dieser Ausführungsform die Übergänge zwischen benachbarten Strukturierungsmustern der strukturierten Narbung auf der Oberfläche des endlosfaserverstärkten Thermoplasten durch die Struktureinheiten als solche verlaufen und die Übergänge zwischen den Strukturierungsmustern kontinuierlich sind.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter der Bezeichnung "kontinuierlicher Übergang" ein Übergang zwischen zwei oder mehr Strukturierungsmustern verstanden, bei dem mit bloßem Auge keine Grenzen zwischen den Strukturierungsmustern erkennbar sind.
  • In einer Ausführungsform wird vor der Durchführung von Schritt a) auf das Gemisch aus dem mindestens einen Fasermaterial und dem mindestens einen Thermoplasten eine Thermoplast-Folie aufgetragen.
  • Die Thermoplast-Folie kann prinzipiell eine beliebige Dicke aufweisen. Generell wird die Dicke der Thermoplast-Folie so gewählt, dass Unebenheiten auf der Oberfläche des endlosfaserverstärkten Thermoplasten nicht mehr zu erkennen sind. Vorzugsweise weist die Thermoplast-Folie eine Dicke im Bereich von 40 bis 250 µm, besonders bevorzugt im Bereich von 50 bis 150 µm, auf.
  • Die Thermoplast-Folie enthält vorzugsweise mindestens einen Thermoplasten, der ausgewählt ist aus Polyolefinen, Polyvinylpolymeren, Styrol-Polymeren, Styrol-Acrylnitril-Copolymeren, Acrylnitril-Butadien-Styrolen (ABS), Polymeren der (Meth)Acrylsäure, Polyacrylaten, Polymethylmethacrylaten, Polyacrylamiden, Polycarbonaten, Polyalkylenoxiden, Polyphenylenethern, Polyphenylensulfiden, Polyethersulfonen, Polyetherketonen, Polyimiden, Polychinoxalinen, Polychinolinen, Polybenzimidazolen, Polyamiden, Polyestern, Polyurethanen, Polyisocyanaten, Polyolen, Polyetherpolyolen, Polyesterpolyolen oder Mischungen davon.
  • Besonders bevorzugt enthält die Thermoplast-Folie mindestens einen Thermoplasten ausgewählt aus Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyoxymethylen (POM), Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polyamid 4.6, Polyamid 6, Polyamid 6.6, Polyamid 6.10, Polyamid 6.12, Polyamid 10.10, Polyamid 11, Polyamid 12, Polyamid 12.12, Polyamid 13.13, Polyamid 66 Polyamid 6.T, Polyamid 9.T, Polyamid MXD.6, Polyamid 6/6.6, Polyamid 6/6.T, Polyamid 6.I/6.T, Polyamid 6/6.6/6.10 oder Mischungen davon.
  • Ganz besonders bevorzugt enthält die Thermoplast-Folie mindestens einen Thermoplasten ausgewählt aus Polyamid 4.6, Polyamid 6, Polyamid 6.6, Polyamid 6.10, Polyamid 6.12, Polyamid 10.10, Polyamid 11, Polyamid 12, Polyamid 12.12, Polyamid 13.13, Polyamid 66 Polyamid 6.T, Polyamid 9.T, Polyamid MXD.6, Polyamid 6/6.6, Polyamid 6/6.T, Polyamid 6.I/6.T, Polyamid 6/6.6/6.10 oder Mischungen davon.
  • Vorzugsweise enthält die Thermoplast-Folie die gleichen Thermoplasten wie das Gemisch aus dem mindestens einen Fasermaterial und dem mindestens einen Thermoplasten.
  • Darüber hinaus kann die Thermoplast-Folie weitere Additive enthalten. Geeignete Additive sind dem Fachmann generell bekannt und umfassen die gleichen Additive, die auch in dem Gemisch aus dem mindestens einen Fasermaterial und dem mindestens einen Thermoplasten enthalten sein können.
  • Die Thermoplast-Folie kann prinzipiell beliebige Schmelzviskositäten aufweisen. Vorzugsweise ist die Schmelzviskosität der Thermoplast-Folie aber höher als die Schmelzviskosität des mindestens einen Thermoplasten in dem in Schritt a) erhitzten Gemisch.
  • Unter dem Begriff "Schmelzviskosität" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Viskosität in der schmelzflüssigen Phase des Thermoplasten an der Erweichungstemperatur des Thermoplasten verstanden. Die Bestimmung der Schmelzviskosität ist dem Fachmann prinzipiell bekannt und erfolgt beispielsweise nach der DIN 53735.
  • Bevorzugt ist die Schmelzviskosität der Thermoplast-Folie um mindestens 10% und um höchstens 60% höher als die Schmelzviskosität des mindestens einen Thermoplasten in dem in Schritt a) erhitzten Gemisch.
  • In einer weiteren Ausführungsform enthält das erfindungsgemäße Verfahren einen Schritt d), in dem das in Schritt b) verpresste Gemisch durch Anspritzen mit mindestens einem Spritzgusspolymer funktionalisiert wird.
  • Das Funktionalisieren als solches ist dem Fachmann bekannt. Hierunter ist vorzugsweise das Anbringen von gewünschten Elementen, zum Beispiel das Anbringen von Verrippungen für Stabilität und Festigkeit, Montagehilfen, Kartentaschen und Ähnlichem, zu verstehen. Diese Elemente werden aus dem Spritzgusspolymer durch Anspritzen des in Schritt b) verpressten Gemisches erhalten.
  • Das Anspritzen als solches ist dem Fachmann ebenfalls bekannt. Hierbei werden vorzugsweise ein oder mehrere Bereiche der Oberfläche des endlosfaserverstärkten Thermoplasten mit aus Spritzgusspolymer gebildeten Elementen versehen. Geeignete Elemente sind vorstehend bereits im Rahmen des Begriffs "Funktionalisieren" definiert worden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird das Anspritzen vorzugsweise so durchgeführt, dass in Schritt d) im Werkzeug vorhandene freie Kavitäten mit dem Spritzgusspolymer gefüllt werden. Diese freien Kavitäten bestimmen die konkrete Formgebung der Elemente, die durch Anspritzen auf die entsprechende Oberfläche des endlosfaserverstärkten Thermoplasten aufgebracht werden.
  • Das in Schritt d) verwendete Spritzgusspolymer als solches ist dem Fachmann bekannt. Vorzugsweise ist das Spritzgusspolymer ein temperaturstabiler Thermoplast, der identisch ist zu dem mindestens einen Thermoplasten, der in dem in Schritt a) erhitzten Gemisch aus dem mindestens einen Fasermaterial und dem mindestens einen Thermoplasten enthalten ist. Sämtliche bevorzugte Polymere für den mindestens einen Thermoplasten gelten demnach für das in Schritt d) verwendete Spritzgusspolymer entsprechend.
  • Das Spritzgusspolymer kann außerdem dadurch modifiziert werden, dass das Spritzgusspolymer zu höchstens 70 Gew.-%, vorzugsweise zu höchstens 50 Gew.-%, besonders bevorzugt zu höchstens 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Spritzgusspolymers, mit Material ausgewählt aus Glasfasern, Kohlefasern, Aramidfasern, Naturfasern, Glaskugeln oder Mischungen davon, verstärkt ist.
  • Für den Fall, dass das Spritzgusspolymer mit Material verstärkt ist, können die im Werkzeug vorhandenen freien Kavitäten, die mit dem Spritzgusspolymer gefüllt werden, gegebenenfalls ebenfalls eine strukturierte Narbung aufweisen.
  • Das in Verfahrensschritt d) verwendete Spritzgusspolymer ist in der Regel in Schmelze, wenn es in das Werkzeug eingebracht wird, um das Funktionalisieren durch Anspritzen durchzuführen. Vorzugsweise ist dabei das Spritzgusspolymer auf eine Temperatur von mindestens 160 °C, vorzugsweise auf eine Temperatur von mindestens 250 °C, besonders bevorzugt auf eine Temperatur von mindestens 300 °C aufgeheizt, wenn es in Schritt d) in das Werkzeug eingebracht wird.
  • Die Reihenfolge (zeitlicher Ablauf), in der die Schritte b), c) und d) durchgeführt werden, ist nicht zwingend festgelegt, sondern kann im Rahmen der nachfolgenden drei Optionen i), ii) und iii) ausgewählt werden. So kann gemäß Option i) Verfahrensschritt d) während der Durchführung von Schritt b) gestartet werden. Ebenso kann gemäß Option ii) Schritt d) erst nach Beendigung des Verfahrensschritts b) und während der Durchführung von Schritt c) gestartet werden oder es wird gemäß Option iii) Verfahrensschritt d) nach der Beendigung des Verfahrensschritts b) und vor der Durchführung von Schritt c) gestartet. Bevorzugt wird Schritt d) nach Beendigung des Verfahrensschritts b) und vor der Durchführung von Schritt c) gestartet.
  • Die Dauer der Durchführung der einzelnen Schritte b), c) und/oder d) ist prinzipiell frei wählbar und dem Fachmann bekannt. In der Regel werden die einzelnen Schritte b), c) und d) so lange durchgeführt, bis das gewünschte Ereignis eingetreten ist, also in Schritt b) das Verpressen des in Schritt a) erhitzten Gemisches und in Schritt c) das Abkühlen des verpressten Gemisches abgeschlossen ist und in Schritt d) die Oberfläche des faserverstärkten Thermoplasten vollständig an den hierfür vorgesehenen Stellen mit dem Spritzgusspolymer versehen ist.
  • Nach dem Verpressen in Schritt b), dem Abkühlen in Schritt c) sowie gegebenenfalls nach dem Funktionalisieren in Schritt d) kann der endlosfaserverstärkte Thermoplast aus dem Werkzeug genommen werden.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein mit einem textilen Flächengebilde endlosfaserverstärkter Thermoplast mit einer strukturierten Narbung auf der Oberfläche, der durch das erfindungsgemäße Verfahren erhalten wird.
  • Endlosfaserverstärkte Thermoplasten, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden, eignen sich aufgrund der strukturierten Narbung in Sichtbauteilen, beispielsweise in Fahrzeugen.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch die Verwendung des mit einem textilen Flächengebilde endlosfaserverstärkten Thermoplasten mit einer strukturierten Narbung in Sichtbauteilen, vorzugsweise in Sichtbauteile in Fahrzeugen.

Claims (13)

  1. Verfahren zur Erzeugung einer strukturierten Narbung auf der Oberfläche eines mit einem textilen Flächengebilde endlosfaserverstärkten Thermoplasten, enthaltend die Schritte a) bis c):
    a) Erhitzen eines Gemisches aus mindestens einem Fasermaterial und mindestens einem Thermoplasten auf eine Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur des Thermoplasten, wobei das mindestens eine Fasermaterial Endlosfasern enthält und in Form eines regelmäßig angeordneten textilen Flächengebildes vorliegt,
    b) Verpressen des in Schritt a) erhitzten Gemisches in einem Werkzeug, wobei auf der Innenseite des Werkzeugs eine regelmäßig angeordnete, strukturierte Narbung angebracht ist,
    c) Abkühlen des in Schritt b) verpressten Gemisches im Werkzeug auf eine Temperatur unterhalb der Erweichungstemperatur des Thermoplasten unter Bildung der strukturierten Narbung auf der Oberfläche des mit dem textilen Flächengebilde endlosfaserverstärkten Thermoplasten,
    wobei die strukturierte Narbung auf der Innenseite des Werkzeugs und das textile Flächengebilde im Werkzeug in Schritt b) so zueinander ausgerichtet sind, dass sich das regelmäßige angeordnete textile Flächengebilde und die regelmäßige angeordnete strukturierten Narbung auf der Innenseite des Werkzeugs überlagern, wobei die regelmäßig angeordnete strukturierte Narbung so auf die Innenseite des Werkzeugs angebracht ist, dass sie auf der Sichtseite des endlosfaserverstärkten Thermoplasten eine strukturierte Narbung erzeugt, und wobei die strukturierte Narbung in dem Werkzeug durch Ätzen, Laserstrukturierung, Sandstrahlen, Formfräsen oder Erodieren hergestellt wird, wodurch die Innenseite des Werkzeugs eine Oberfläche mit Vertiefungen und/oder Erhöhungen aufweist.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermoplast ein temperaturstabiler Thermoplast mit einer Erweichungstemperatur größer als 100 °C ist,
    vorzugsweise ist der Thermoplast ausgewählt aus Polyolefinen, Polyvinylpolymeren, Styrol-Polymeren, Styrol-Acrylnitril-Copolymeren, Acrylnitril-Butadien-Styrolen (ABS), Polymeren der (Meth)Acrylsäure, Polyacrylaten, Polymethylmethacrylaten, Polyacrylamiden, Polycarbonaten, Polyalkylenoxiden, Polyphenylenethern, Polyphenylensulfiden, Polyethersulfonen, Polyetherketonen, Polyimiden, Polychinoxalinen, Polychinolinen, Polybenzimidazolen, Polyamiden, Polyestern, Polyurethanen, Polyisocyanaten, Polyolen, Polyetherpolyolen, Polyesterpolyolen oder Mischungen davon,
    besonders bevorzugt ist der Thermoplast ausgewählt aus Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyoxymethylen (POM), Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polyamid 4.6, Polyamid 6, Polyamid 6.6, Polyamid 6.10, Polyamid 6.12, Polyamid 10.10, Polyamid 11, Polyamid 12, Polyamid 12.12, Polyamid 13.13, Polyamid 66 Polyamid 6.T, Polyamid 9.T, Polyamid MXD.6, Polyamid 6/6.6, Polyamid 6/6.T, Polyamid 6.I/6.T, Polyamid 6/6.6/6.10 oder Mischungen davon.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
    i) das mindestens eine Fasermaterial mindestens 50 Gew.-%, bevorzugt mindestens 75 Gew.-%, mehr bevorzugt mindestens 85 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 98 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt 100 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des mindestens einen Fasermaterials, Endlosfasern enthält, und/oder
    ii) das regelmäßig angeordnete textile Flächengebilde ein Fasergewebe, Fasergelege, Fasergestrick, Fasergewirk oder Fasergeflecht ist oder in Form einer unidirektionalen oder bidirektionalen Faserstruktur aus parallelen Fasern vorliegt, und/oder
    iii) das Fasermaterial Glasfasern, Naturfasern, Aramidfasern, Kohlenstofffasern, Metallfasern, Polymerfasern, Kaliumtitanatfasern, Borfasern oder Mineralfasern enthält, und/oder
    iv) das Gemisch aus dem mindestens einen Fasermaterial und dem mindestens einen Thermoplasten als plattenförmiges Halbzeug vorliegt.
  4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
    i) das Gemisch aus dem mindestens einen Fasermaterial und dem mindestens einen Thermoplasten in dem gleichen Werkzeug auf eine Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur des Thermoplasten erhitzt wird in dem Schritt b) durchgeführt wird, oder
    ii) das Gemisch aus dem mindestens einen Fasermaterial und dem mindestens einen Thermoplasten zunächst in einer separaten Vorrichtung, vorzugsweise in einem Ofen, oder mittels Infrarot-Strahlung auf eine Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur des Thermoplasten erhitzt wird und anschließend in das Werkzeug zum Verpressen gemäß Schritt b) überführt wird, oder
    iii) das Gemisch aus dem mindestens einen Fasermaterial und dem mindestens einen Thermoplasten zunächst in einer separaten Vorrichtung auf eine Temperatur unterhalb der Erweichungstemperatur des mindestens einen Thermoplasten vorgewärmt wird, anschließend in das gleiche Werkzeug überführt wird, in dem Schritt b) durchgeführt wird, und in dem Werkzeug auf eine Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur des mindestens einen Thermoplasten erhitzt wird.
  5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass
    i) das mindestens eine Fasermaterial mit dem mindestens einen Thermoplast getränkt wird, um das Gemisch aus dem mindestens einen Fasermaterial und dem mindestens einen Thermoplasten zu erzeugen, oder
    ii) das Fasermaterial mit Monomeren zur Herstellung des mindestens einen Thermoplasten getränkt wird und die Monomere anschließend polymerisiert werden, um das Gemisch aus dem mindestens einen Fasermaterial und dem mindestens einen Thermoplasten zu erzeugen.
  6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Form der strukturierten Narbung auf der Innenseite des Werkzeugs durch das Verpressen auf die Oberfläche des mit dem textilen Flächengebilde endlosfaserverstärkten Thermoplasten abgeformt wird, vorzugsweise wird die Form der strukturierten Narbung vollständig auf die Oberfläche des mit dem textilen Flächengebilde endlosfaserverstärkten Thermoplasten abgeformt.
  7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die strukturierte Narbung auf der Innenseite des Werkzeugs auf der Oberfläche des mit dem textilen Flächengebilde endlosfaserverstärkten Thermoplasten eine strukturierte Narbung in Form eines Strukturierungsmusters erzeugt, das aus mindestens einer Struktureinheit aufgebaut ist.
  8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass
    i) das Strukturierungsmuster der strukturierten Narbung auf der Oberfläche des endlosfaserverstärkten Thermoplasten regelmäßig angeordnete Struktureinheiten enthält, die Erhebungen aufweisen, und/oder
    ii) das Strukturierungsmuster der strukturierten Narbung auf der Oberfläche des endlosfaserverstärkten Thermoplasten regelmäßig angeordnete Struktureinheiten enthält, die Vertiefungen aufweisen, und/oder
    iii) das Strukturierungsmuster der strukturierten Narbung auf der Oberfläche des endlosfaserverstärkten Thermoplasten regelmäßig angeordnete Struktureinheiten enthält, die Erhebungen und Vertiefungen aufweisen.
  9. Verfahren gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass
    i) die Struktureinheiten mindestens zweier benachbarter Strukturierungsmuster der strukturierten Narbung auf der Oberfläche des endlosfaserverstärkten Thermoplasten so ausgebildet sind, dass alle Struktureinheiten des einen Strukturierungsmusters invertiert zu den Struktureinheiten des benachbarten Strukturierungsmusters angeordnet sind, und/oder
    ii) die Übergänge zwischen benachbarten Strukturierungsmustern der strukturierten Narbung auf der Oberfläche des endlosfaserverstärkten Thermoplasten durch die Struktureinheiten als solche verlaufen und die Übergänge zwischen den Strukturierungsmustern kontinuierlich sind.
    iii) die Übergänge zwischen benachbarten Strukturierungsmustern der strukturierten Narbung auf der Oberfläche des endlosfaserverstärkten Thermoplasten durch die Struktureinheiten als solche verlaufen und die Übergänge jedes Strukturierungsmusters durch die invertierten Einzelelemente eine ausgeprägt sichtbare Kante zwischen den Strukturierungsmustern bilden.
  10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch aus dem mindestens einen Fasermaterial und dem mindestens einen Thermoplasten
    i) 20 bis 80 Vol-%, vorzugsweise 40 bis 55 Vol-%, des mindestens einen Thermoplasten enthält, und/oder
    ii) 20 bis 80 Vol-%, vorzugsweise 45 bis 60 Vol-%, des mindestens einen Fasermaterials enthält, und/oder
    ii) 0 bis 10 Vol-%, vorzugsweise 0 bis 5 Vol.-%, weiterer Additive enthält, wobei das Gesamtvolumen des Gemischs stets 100 Vol.-% ergibt.
  11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass
    i) vor der Durchführung von Schritt a) auf das Gemisch aus dem mindestens einen Fasermaterial und dem mindestens einen Thermoplasten eine Thermoplast-Folie aufgetragen wird, und/oder
    ii) die Thermoplast-Folie die gleichen Thermoplasten enthält wie das Gemisch aus dem mindestens einen Fasermaterial und dem mindestens einen Thermoplasten, und/oder
    iii) die Schmelzviskosität der Thermoplast-Folie um mindestens 10% und um höchstens 60% höher ist als die Schmelzviskosität des mindestens einen Thermoplasten in dem in Schritt a) erhitzten Gemisch.
  12. Mit einem textilen Flächengebilde endlosfaserverstärkter Thermoplast mit einer strukturierten Narbung auf der Oberfläche, erhältlich nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11.
  13. Verwendung eines mit einem textilen Flächengebilde endlosfaserverstärkten Thermoplasten mit einer einer strukturierten Narbung, erhältlich nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, in Sichtbauteilen, vorzugsweise in Sichtbauteilen in Fahrzeugen.
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